JP2011176288A - Photoelectric conversion element, thin film solar cell, and method of manufacturing photoelectric conversion element - Google Patents

Photoelectric conversion element, thin film solar cell, and method of manufacturing photoelectric conversion element Download PDF

Info

Publication number
JP2011176288A
JP2011176288A JP2011007902A JP2011007902A JP2011176288A JP 2011176288 A JP2011176288 A JP 2011176288A JP 2011007902 A JP2011007902 A JP 2011007902A JP 2011007902 A JP2011007902 A JP 2011007902A JP 2011176288 A JP2011176288 A JP 2011176288A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
photoelectric conversion
substrate
conversion element
stress relaxation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2011007902A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Kobayashi
宏之 小林
Shinya Suzuki
信也 鈴木
Toshiaki Fukunaga
敏明 福永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujifilm Corp filed Critical Fujifilm Corp
Priority to JP2011007902A priority Critical patent/JP2011176288A/en
Publication of JP2011176288A publication Critical patent/JP2011176288A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/541CuInSe2 material PV cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a photoelectric conversion element that is provided with a stress-relieving layer on an insulating layer to suppress peeling of a layer constituting the photoelectric conversion element; a thin film solar cell; and a method of manufacturing the photoelectric conversion element. <P>SOLUTION: The photoelectric conversion element includes a metallic substrate formed by uniting at least one layer of a metallic base and an Al base, a substrate with an insulating layer having an electrical insulating layer formed on a surface of the Al base of the metallic substrate, at least one stress-relieving layer formed on the electrical insulating layer, a lower electrode formed on the stress-relieving layer, a photoelectric conversion layer formed on the lower electrode and comprising a compound semiconductor layer, and an upper electrode formed on the photoelectric conversion layer. The electrical insulating layer includes an anodized film of aluminum. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、絶縁層が設けられた絶縁層付基板を用いた耐電圧特性に優れ、高い変換効率を有するフレキシブルな光電変換素子、薄膜太陽電池および光電変換素子の製造方法に関し、特に、絶縁層上に応力緩和層を設け、光電変換素子を構成する層の剥離を抑制した光電変換素子、薄膜太陽電池および光電変換素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a flexible photoelectric conversion element, a thin film solar cell, and a method for manufacturing a photoelectric conversion element, which have excellent withstand voltage characteristics using a substrate with an insulating layer provided with an insulating layer and have high conversion efficiency. It is related with the manufacturing method of the photoelectric conversion element which provided the stress relaxation layer on the top, and suppressed peeling of the layer which comprises a photoelectric conversion element, a thin film solar cell, and a photoelectric conversion element.

従来、太陽電池においては、バルクの単結晶Siまたは多結晶Si、あるいは薄膜のアモルファスSiを用いたSi系太陽電池が主流であったが、近年、Siに依存しない化合物半導体系太陽電池の研究開発がなされている。化合物半導体系太陽電池としては、GaAs系等のバルク系と、Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とからなるCIS(Cu−In−Se)系あるいはCIGS(Cu−In−Ga−Se)系等の薄膜系とが知られている。CIS系あるいはCIGS系は、光吸収率が高く、高い光電変換効率が報告されている。なお、アモルファスSiの成膜温度は200〜300℃程度であるが、CIGS系化合物半導体を光電変換層として用いる場合、高性能な特性を得るにはCu−Seの液層が出現する約520℃以上の高温に曝す必要がある。また、このCIGS系の光電変換層は、約600℃程度までは成膜温度が高いほど効率が上がるという傾向がある。
さらには、生産性を考慮した際に、高速成膜が望まれるが、短い成膜時間内に膜中の元素を拡散させようとすると基板温度は高い方が好ましい。
Conventionally, in solar cells, Si-based solar cells using bulk single-crystal Si or polycrystalline Si, or thin-film amorphous Si have been the mainstream, but in recent years, research and development of compound semiconductor solar cells that do not depend on Si. Has been made. As a compound semiconductor solar cell, CIS (Cu-In-Se) system or CIGS (Cu-In-Ga-Se) composed of a bulk system such as a GaAs system, an Ib group element, an IIIb group element, and a VIb group element is used. And other thin film systems are known. The CIS system or CIGS system has a high light absorption rate, and high photoelectric conversion efficiency has been reported. In addition, although the film formation temperature of amorphous Si is about 200-300 degreeC, when using a CIGS type compound semiconductor as a photoelectric converting layer, in order to obtain a high performance characteristic, about 520 degreeC in which the liquid layer of Cu-Se appears. It is necessary to expose to the above high temperature. In addition, the CIGS-based photoelectric conversion layer tends to increase in efficiency up to about 600 ° C. as the deposition temperature increases.
Furthermore, when productivity is taken into consideration, high-speed film formation is desired. However, it is preferable that the substrate temperature is high if elements in the film are diffused within a short film formation time.

一方、太陽電池用基板としてはガラス基板が主に使用されているが、可撓性を有する金属基板を用いることが検討されている。金属基板を用いた太陽電池は、基板の軽量性および可撓性(フレキシビリティー)という特徴から、ガラス基板を用いたものに比較して、広い用途へ適用できる可能性がある。さらに、金属基板は高温プロセスにも耐えうるという点で、光電変換特性が向上し太陽電池のさらなる光電変換効率の向上が期待できる。しかし、金属基板を用いる場合、基板とその上に形成される電極および光電変換半導体層との短絡が生じないよう、金属基板の表面に絶縁層を設ける必要がある。このような表面に絶縁層を設けた金属基板が種々提案されている(特許文献1〜3参照)。   On the other hand, glass substrates are mainly used as solar cell substrates, but the use of flexible metal substrates has been studied. A solar cell using a metal substrate may be applicable to a wider range of uses than a glass substrate because of the light weight and flexibility of the substrate. Furthermore, since the metal substrate can withstand high-temperature processes, the photoelectric conversion characteristics are improved, and further improvement in photoelectric conversion efficiency of the solar cell can be expected. However, in the case of using a metal substrate, it is necessary to provide an insulating layer on the surface of the metal substrate so that a short circuit between the substrate and the electrode and photoelectric conversion semiconductor layer formed thereon does not occur. Various metal substrates having an insulating layer on such a surface have been proposed (see Patent Documents 1 to 3).

特許文献1には、太陽電池用基板としてステンレスを用い、CVD法等の気相法、またはゾルゲル法等の液相法によりSiまたはAlの酸化物を被覆して絶縁層を形成することが開示されている。   Patent Document 1 discloses that an insulating layer is formed by using stainless steel as a solar cell substrate and coating an oxide of Si or Al by a vapor phase method such as a CVD method or a liquid phase method such as a sol-gel method. Has been.

特許文献2には、太陽電池用基板として、Al基板(アルミニウム基板)の表面を陽極酸化することで陽極酸化膜を形成することにより、Al基板上に絶縁層として陽極酸化膜が設けられてなる絶縁層付金属基板を用いることが開示されている。この陽極酸化膜を形成する陽極酸化法では、太陽電池用基板を大面積基板とする場合も、その表面全体にピンホールがなく、かつ密着性が高い絶縁層を簡易に形成することができる。   In Patent Document 2, an anodic oxide film is formed as an insulating layer on an Al substrate by forming an anodic oxide film by anodizing the surface of an Al substrate (aluminum substrate) as a solar cell substrate. The use of a metal substrate with an insulating layer is disclosed. In the anodic oxidation method for forming this anodic oxide film, even when the solar cell substrate is a large-area substrate, an insulating layer having no pinholes and high adhesion can be easily formed over the entire surface.

特許文献3には、従来のアモルファスSi層を備えた光起電力装置の基板として、合金鋼板上にAl層を設け、この層の表面に陽極酸化法によって絶縁層を形成してなる絶縁層付金属基板を用いることが開示されている。特許文献3には、合金鋼板を基材として備えることにより、アモルファスSi堆積時などの工程中で200〜300°に加熱されてAl層が軟化しても合金鋼板は軟化せず、弾性力などの機械的強度を維持することができることが開示されている。   In Patent Document 3, an Al layer is provided on an alloy steel plate as a substrate of a photovoltaic device having a conventional amorphous Si layer, and an insulating layer is formed on the surface of this layer by an anodic oxidation method. The use of a metal substrate is disclosed. In Patent Document 3, by providing an alloy steel plate as a base material, the alloy steel plate does not soften even if heated to 200 to 300 ° during the process of depositing amorphous Si and the Al layer softens, such as elastic force. It is disclosed that the mechanical strength of can be maintained.

ところで、銅−インジウム−ガリウム−セレン系(CIGS系)の太陽電池は、ナトリウム(Na)が光吸収層(光電変換層)に拡散すると発電効率が向上することが知られている。従来は、基板として青板ガラスを用いることで、青板ガラスに含まれるNaを光吸収層に拡散させている。しかし、青板ガラス以外の金属板等を太陽電池の基板として使用する場合、別途Naを供給しなければならない。   Incidentally, it is known that the power generation efficiency of a copper-indium-gallium-selenium (CIGS) solar cell improves when sodium (Na) diffuses into the light absorption layer (photoelectric conversion layer). Conventionally, Na contained in blue glass is diffused into the light absorption layer by using blue glass as a substrate. However, when a metal plate other than blue plate glass is used as the substrate of the solar cell, Na must be supplied separately.

特開2001−339081号公報JP 2001-339081 A 特開2000−49372号公報JP 2000-49372 A 特開昭62−89369号公報JP-A-62-89369

太陽電池において、現在、検討されているCIGS系化合物半導体を光電変換層として用いる場合、高品質な光電変換効率を得るためには、成膜温度がさらに高温であることを要し、一般的には500℃以上、特に、Cu−Seの液層が出現する約520℃以上が適する。従って、500℃以上、好ましくは520℃以上の高温に耐えうる構成の基板が求められる。また、生産性を考慮した際にも、基板温度は高い方が好ましい。   In a solar cell, when a CIGS compound semiconductor currently under study is used as a photoelectric conversion layer, in order to obtain high-quality photoelectric conversion efficiency, it is necessary that the film forming temperature be higher, and in general, Is preferably 500 ° C. or higher, particularly about 520 ° C. or higher at which a Cu—Se liquid layer appears. Therefore, a substrate having a structure capable of withstanding a high temperature of 500 ° C. or higher, preferably 520 ° C. or higher is required. Also, considering the productivity, it is preferable that the substrate temperature is high.

基板として、アルミニウム材に陽極酸化膜が形成されたものを用いた場合、高温にさらされると、アルミニウムの熱膨張係数(23×10−6/℃)と陽極酸化膜の熱膨張係数5×10−6/℃程度)との約18×10−6/℃という大きな熱膨張係数差に起因する応力が陽極酸化膜に発生し、この応力に耐えきれず、アルミニウム材上の陽極酸化膜にクラックが生じる。しかも、太陽電池においては、一般的に、例えば、絶縁層と裏面電極層または光電変換材料層などとの接合部分は、熱膨張率の違いなどにより剥離しやすいことが知られている。
このように、金属基板の表面に絶縁層を設けた基板を太陽電池に用いる場合、高温に耐えることが要求されているが、上述の特許文献1〜3に開示のものでは、500℃以上の高温に耐えることができず、基板に求められている高温に耐え、かつ絶縁性を有する基板がないのが現状である。
なお、青板ガラス以外の金属板等を太陽電池の基板として使用する場合、Naを供給するには光電変換層を高温で成膜することが好ましい。
When a substrate in which an anodized film is formed on an aluminum material is used, when exposed to a high temperature, the thermal expansion coefficient of aluminum (23 × 10 −6 / ° C.) and the thermal expansion coefficient of the anodized film are 5 × 10. The stress caused by the large thermal expansion coefficient difference of about 18 × 10 −6 / ° C. to about −6 / ° C. is generated in the anodic oxide film, and it cannot withstand this stress, and the anodic oxide film on the aluminum material is cracked. Occurs. Moreover, in solar cells, it is generally known that, for example, a joint portion between an insulating layer and a back electrode layer or a photoelectric conversion material layer is easily peeled off due to a difference in coefficient of thermal expansion.
As described above, when a substrate having an insulating layer provided on the surface of a metal substrate is used for a solar cell, it is required to withstand high temperatures. The current situation is that there is no substrate that cannot withstand high temperatures, withstands high temperatures required for substrates, and has insulating properties.
In addition, when using metal plates etc. other than a blue plate glass as a board | substrate of a solar cell, in order to supply Na, it is preferable to form a photoelectric converting layer into a film at high temperature.

本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、絶縁層上に応力緩和層を設け、光電変換素子を構成する層の剥離を抑制した光電変換素子、薄膜太陽電池および光電変換素子の製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to eliminate the problems based on the prior art, provide a stress relaxation layer on the insulating layer, and suppress the peeling of the layers constituting the photoelectric conversion element, the thin film solar cell, and the photoelectric conversion element It is in providing the manufacturing method of.

上記目的を達成するために、本発明の第1の態様は、少なくとも1層の金属基材とAl基材とが積層されて一体化された金属基板、および前記金属基板の前記Al基材の表面に形成された電気絶縁層を備える絶縁層付基板と、前記電気絶縁層上に形成された少なくとも1層の応力緩和層と、前記応力緩和層上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成され、化合物半導体層から構成される光電変換層と、前記光電変換層上に形成された上部電極とを有し、前記電気絶縁層は、アルミニウムの陽極酸化膜であることを特徴とする光電変換素子を提供するものである。   To achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided a metal substrate in which at least one metal base material and an Al base material are laminated and integrated, and the Al base material of the metal substrate. A substrate with an insulating layer including an electrical insulating layer formed on a surface; at least one stress relaxation layer formed on the electrical insulation layer; a lower electrode formed on the stress relaxation layer; and the lower electrode A photoelectric conversion layer formed on the photoelectric conversion layer and an upper electrode formed on the photoelectric conversion layer, wherein the electrical insulating layer is an anodic oxide film of aluminum. The photoelectric conversion element to provide is provided.

また、上記目的を達成するために、本発明の第2の態様は、少なくとも1層の金属基材とAl基材とを積層させた状態で一体化して金属基板を形成する工程と、前記金属基板の前記Al基材を陽極酸化処理して、前記Al基材上に電気絶縁層を形成し、絶縁層付基板を得る工程と、前記電気絶縁層上に応力緩和層を形成する工程と、前記応力緩和層上に下部電極を形成する工程と、500℃以上の成膜温度で、前記下部電極上に光電変換層を形成する工程と、前記光電変換層上に上部電極を形成する工程とを有することを特徴とする光電変換素子の製造方法を提供するものである。
ここで、前記金属基板は、金属基材とAl基材とが積層されて一体化された積層板であり、前記絶縁層付基板を得る工程は、前記Al基材を陽極酸化処理して、前記Al基材の表面に陽極酸化膜を形成する工程であるのが好ましい。
In order to achieve the above object, the second aspect of the present invention includes a step of forming a metal substrate by integrating at least one layer of a metal base material and an Al base material, and the metal Anodizing the Al base material of the substrate to form an electrical insulating layer on the Al base material to obtain a substrate with an insulating layer; and forming a stress relaxation layer on the electrical insulating layer; Forming a lower electrode on the stress relaxation layer, forming a photoelectric conversion layer on the lower electrode at a film forming temperature of 500 ° C. or higher, and forming an upper electrode on the photoelectric conversion layer; It provides the manufacturing method of the photoelectric conversion element characterized by having.
Here, the metal substrate is a laminated plate in which a metal substrate and an Al substrate are laminated and integrated, and the step of obtaining the substrate with an insulating layer includes anodizing the Al substrate, The step of forming an anodic oxide film on the surface of the Al base is preferred.

本発明の各態様において、前記化合物半導体は、少なくとも1種のカルコパイライト構造の化合物半導体であるのが好ましく、また、Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とからなる少なくとも1種の化合物半導体であるのがより好ましく、また、前記Ib族元素は、CuおよびAgからなる群より選択された少なくとも1種であり、前記IIIb族元素は、Al,Ga及びInからなる群より選択された少なくとも1種であり、前記VIb族元素は、S,Se,及びTeからなる群から選択された少なくとも1種であるのがさらに好ましい。   In each embodiment of the present invention, the compound semiconductor is preferably at least one compound semiconductor having a chalcopyrite structure, and at least one compound semiconductor comprising a group Ib element, a group IIIb element, and a group VIb element. More preferably, the Ib group element is at least one selected from the group consisting of Cu and Ag, and the IIIb group element is at least selected from the group consisting of Al, Ga, and In. More preferably, the group VIb element is at least one selected from the group consisting of S, Se, and Te.

また、前記応力緩和層は、熱膨張係数が、前記光電変換層の熱膨張係数よりも小さく、かつ前記絶縁層の熱膨張係数よりも大きいことが好ましい。また、前記応力緩和層は、酸化物により構成されていることが好ましい。
また、本発明においては、前記応力緩和層は、厚さが10nm〜400nmであることが好ましく、50nm〜200nmであるのがより好ましい。
また、本発明においては、前記金属基板は、金属基材とAl基材とが加圧接合により一体化された積層板であることが好ましい。
The stress relaxation layer preferably has a thermal expansion coefficient smaller than that of the photoelectric conversion layer and larger than that of the insulating layer. The stress relaxation layer is preferably made of an oxide.
In the present invention, the stress relaxation layer preferably has a thickness of 10 nm to 400 nm, and more preferably 50 nm to 200 nm.
In the present invention, the metal substrate is preferably a laminated plate in which a metal base and an Al base are integrated by pressure bonding.

また、前記光電変換層は、複数の開溝部によって複数の素子に分割され、かつ該複数の素子は、電気的に直列接続されたものであるのが好ましい。
また、前記応力緩和層は、アルカリ金属を含むことが好ましく、前記応力緩和層は、酸化ケイ素を主成分とし、かつナトリウム酸化物を含む化合物により構成されることが好ましい。
また、前記応力緩和層は、2層構造であり、前記絶縁層付基板側の第1の応力緩和層は、その上の第2の応力緩和層よりも熱膨張係数が小さいことが好ましい。また、前記応力緩和層は、2層構造であり、前記光電変換層がCIGS系の半導体化合物で構成される場合、前記絶縁層付基板側の第1の応力緩和層は、ZrN、AlN、BN、Al、またはZrOで構成され、その上の第2の応力緩和層は、酸化ケイ素を主成分とし、かつナトリウム酸化物を含む化合物により構成されることが好ましい。
Further, the photoelectric conversion layer is preferably divided into a plurality of elements by a plurality of groove portions, and the plurality of elements are electrically connected in series.
Moreover, it is preferable that the said stress relaxation layer contains an alkali metal, and it is preferable that the said stress relaxation layer is comprised with the compound which has a silicon oxide as a main component and contains a sodium oxide.
The stress relaxation layer preferably has a two-layer structure, and the first stress relaxation layer on the substrate side with an insulating layer preferably has a smaller thermal expansion coefficient than the second stress relaxation layer on the first stress relaxation layer. The stress relaxation layer has a two-layer structure, and when the photoelectric conversion layer is composed of a CIGS-based semiconductor compound, the first stress relaxation layer on the substrate side with an insulating layer includes ZrN, AlN, and BN. , Al 2 O 3 , or ZrO 2 , and the second stress relaxation layer thereon is preferably composed of a compound containing silicon oxide as a main component and containing sodium oxide.

また、前記金属基板は、金属基材とAl基材とが加圧接合により一体化された積層板であることが好ましい。
また、前記金属基材は、鋼材、合金鋼材、Ti箔又はTi箔と鋼材との2層基材であるのが好ましく、前記合金鋼材は、炭素鋼、フェライト系ステンレスからなるものであるのが好ましく、また、前記金属基材と前記光電変換層との熱膨張係数差が、3×10−6/℃未満であるのが好ましく、1×10−6/℃未満であるのがより好ましい。
また、前記金属基板が、炭素鋼又はフェライト系ステンレスからなる合金鋼材とAl基材とが加圧接合により一体化された積層板からなるものであり、前記下部電極が、Moからなるものであり、前記光電変換層が、Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とからなる少なくとも1種の化合物半導体を主成分とする層であることが好ましい。
また、前記金属基材は、コバールにより構成され、前記光電変換層は、主成分がCdTeの化合物半導体で構成されることが好ましい。
また、前記陽極酸化膜は、ポーラス構造を有するのが好ましい。
また、上記目的を達成するために、本発明の第3の態様は、上記第1の態様の光電変換素子を有することを特徴とする薄膜太陽電池を提供するものである。
The metal substrate is preferably a laminated plate in which a metal substrate and an Al substrate are integrated by pressure bonding.
Further, the metal base material is preferably a steel material, an alloy steel material, a Ti foil or a two-layer base material of a Ti foil and a steel material, and the alloy steel material is made of carbon steel or ferritic stainless steel. Preferably, the difference in thermal expansion coefficient between the metal substrate and the photoelectric conversion layer is preferably less than 3 × 10 −6 / ° C., and more preferably less than 1 × 10 −6 / ° C.
Further, the metal substrate is made of a laminated plate in which an alloy steel material made of carbon steel or ferritic stainless steel and an Al base material are integrated by pressure bonding, and the lower electrode is made of Mo. The photoelectric conversion layer is preferably a layer mainly composed of at least one compound semiconductor composed of a group Ib element, a group IIIb element, and a group VIb element.
The metal substrate is preferably made of Kovar, and the photoelectric conversion layer is preferably made of a compound semiconductor whose main component is CdTe.
The anodic oxide film preferably has a porous structure.
Moreover, in order to achieve the said objective, the 3rd aspect of this invention provides the thin film solar cell characterized by having the photoelectric conversion element of the said 1st aspect.

本発明によれば、応力緩和層を設けることにより、電気絶縁層におけるクラックの発生、および電気絶縁層を基点とする剥離の発生を抑制することができる。
さらには、本発明によれば、下部電極、光電変換層、上部電極を形成する際に、温度が500℃以上の高温に昇温された後、室温まで降温されても、形成される各層の熱膨張係数の違いにより発生する応力を応力緩和層により緩和することができ、光電変換素子を構成する各層の剥離を抑制することができる。
According to the present invention, by providing the stress relaxation layer, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the electrical insulating layer and the occurrence of peeling based on the electrical insulating layer.
Furthermore, according to the present invention, when the lower electrode, the photoelectric conversion layer, and the upper electrode are formed, even if the temperature is raised to a high temperature of 500 ° C. or higher and then lowered to room temperature, The stress generated by the difference in thermal expansion coefficient can be relaxed by the stress relaxation layer, and peeling of each layer constituting the photoelectric conversion element can be suppressed.

また、本発明によれば、少なくとも1層の金属基材とアルミニウム基材とが積層されて一体化された金属基板およびこの金属基板のアルミニウム基材の表面に形成された電気絶縁層を備える絶縁層付基板とすることにより、例えば、温度500℃以上の成膜工程を経ても高い絶縁性および高い強度を維持することができ、温度が500℃以上の高温での製造工程が可能である。このため、500℃以上で光電変換層として化合物半導体を形成することができる。光電変換層を構成する化合物半導体は、高温で形成した方が、光電変換特性を向上させることができるため、これにより、光電変換特性を向上させた光電変換層を有する光電変換素子を製造することができる。
しかも、温度が500℃以上の高温での製造工程が可能であるため、製造時のハンドリング等に制限をなくすことが可能となる。
Further, according to the present invention, the insulation includes a metal substrate in which at least one metal base material and an aluminum base material are laminated and integrated, and an electrical insulating layer formed on the surface of the aluminum base material of the metal substrate. By using a substrate with a layer, for example, high insulating properties and high strength can be maintained even after a film forming step at a temperature of 500 ° C. or higher, and a manufacturing process at a high temperature of 500 ° C. or higher is possible. For this reason, a compound semiconductor can be formed as a photoelectric conversion layer at 500 ° C. or higher. Since the compound semiconductor constituting the photoelectric conversion layer can be improved in photoelectric conversion characteristics when formed at a high temperature, thereby producing a photoelectric conversion element having a photoelectric conversion layer with improved photoelectric conversion characteristics. Can do.
In addition, since the manufacturing process can be performed at a high temperature of 500 ° C. or higher, it is possible to eliminate restrictions on handling during manufacturing.

また、本発明によれば、特に、応力緩和層を酸化物で構成する場合、応力緩和層も電気絶縁層として機能するため、より絶縁性を高くすることができる。これにより、より耐電圧性が優れたものとなる。
さらに、応力緩和層をアルカリ金属を含むもので構成する場合、応力緩和層がアルカリ金属の供給源としての機能を果たす。これにより、光電変換層の形成中に、アルカリ金属を光電変換層に拡散させることができ、光電変換効率を向上させることができる。この場合、光電変換層の成膜工程は、より高温であることが要求されるものの、本発明の基板は、高温耐性があるため、アルカリ金属を光電変換層に拡散させることができる。
Further, according to the present invention, in particular, when the stress relaxation layer is made of an oxide, the stress relaxation layer also functions as an electrical insulating layer, so that the insulation can be further enhanced. Thereby, the withstand voltage is more excellent.
Further, when the stress relaxation layer is made of a material containing an alkali metal, the stress relaxation layer functions as an alkali metal supply source. Thereby, during the formation of the photoelectric conversion layer, the alkali metal can be diffused into the photoelectric conversion layer, and the photoelectric conversion efficiency can be improved. In this case, although the film-forming process of the photoelectric conversion layer is required to have a higher temperature, the substrate of the present invention has high-temperature resistance, so that an alkali metal can be diffused into the photoelectric conversion layer.

本発明の実施形態に係る光電変換素子を有する薄膜太陽電池を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the thin film solar cell which has a photoelectric conversion element which concerns on embodiment of this invention. (a)は、本発明の実施形態に係る光電変換素子を有する薄膜太陽電池に用いられる基板を示す模式的断面図であり、(b)は、本発明の実施形態に係る光電変換素子を有する薄膜太陽電池に用いられる基板の他の例を示す模式的断面図である。(A) is typical sectional drawing which shows the board | substrate used for the thin film solar cell which has a photoelectric conversion element which concerns on embodiment of this invention, (b) has the photoelectric conversion element which concerns on embodiment of this invention. It is typical sectional drawing which shows the other example of the board | substrate used for a thin film solar cell.

以下、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の光電変換素子、薄膜太陽電池および光電変換素子の製造方法を詳細に説明する。
まず、本発明の実施形態の光電変換素子を有する薄膜太陽電池に用いられる基板について説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る光電変換素子を有する薄膜太陽電池を示す模式的断面図である。
Hereinafter, based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings, a photoelectric conversion element, a thin-film solar cell, and a method for manufacturing a photoelectric conversion element of the present invention will be described in detail.
First, the board | substrate used for the thin film solar cell which has the photoelectric conversion element of embodiment of this invention is demonstrated.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a thin-film solar cell having a photoelectric conversion element according to an embodiment of the present invention.

図1に示す本実施形態の薄膜太陽電池30は、太陽電池モジュール又はこの太陽電池モジュールを構成する太陽電池サブモジュールとして用いられるもので、例えば、接地された略長方形状の金属基板15及び金属基板15上に形成された電気的な絶縁層16からなる絶縁層付基板10(以下単に基板10という)と、絶縁層16上に形成された応力緩和層50と、応力緩和層50に形成され、直列に接続された複数の発電セル(太陽電池セル)54、複数の発電セル54の一方に接続される第1の導電部材42、およびその他方に接続される第2の導電部材44からなる発電層56と、を有する。なお、ここでは、1つの発電セル54と、これに対応する基板10、および応力緩和層50の各部分からなるものを光電変換素子40と呼ぶが、図1に示す薄膜太陽電池30自体を光電変換素子と呼んでもよい。   A thin film solar cell 30 of this embodiment shown in FIG. 1 is used as a solar cell module or a solar cell submodule constituting this solar cell module. For example, a substantially rectangular metal substrate 15 and a metal substrate that are grounded An insulating layer-equipped substrate 10 (hereinafter simply referred to as substrate 10) formed on the insulating layer 16, a stress relaxation layer 50 formed on the insulating layer 16, and a stress relaxation layer 50; Power generation comprising a plurality of power generation cells (solar battery cells) 54 connected in series, a first conductive member 42 connected to one of the plurality of power generation cells 54, and a second conductive member 44 connected to the other side Layer 56. In addition, although what consists of each part of the one electric power generation cell 54, the board | substrate 10 corresponding to this, and the stress relaxation layer 50 is called the photoelectric conversion element 40 here, the thin film solar cell 30 itself shown in FIG. You may call it a conversion element.

まず、本発明の実施形態に係る光電変換素子を有する薄膜太陽電池に用いられる基板について説明する。
図2(a)は、図1に示す本発明の実施形態に係る光電変換素子を有する薄膜太陽電池に用いられる基板を示す模式的断面図であり、(b)は、本発明の実施形態に係る光電変換素子を有する薄膜太陽電池に用いられる基板の他の例を示す模式的断面図である。
First, the board | substrate used for the thin film solar cell which has a photoelectric conversion element which concerns on embodiment of this invention is demonstrated.
Fig.2 (a) is typical sectional drawing which shows the board | substrate used for the thin film solar cell which has a photoelectric conversion element which concerns on embodiment of this invention shown in FIG. 1, (b) is embodiment of this invention. It is a typical sectional view showing other examples of a substrate used for a thin film solar cell which has such a photoelectric conversion element.

図2(a)に示すように、基板10は、金属基材12およびアルミニウムを主成分とするアルミニウム基材14(以下、Al基材14という)からなる金属基板15と、絶縁層16とを有する絶縁層付基板である。
基板10においては、金属基材12の表面12aにAl基材14が形成されて金属基板15を構成し、金属基板15のAl基材14の表面14aに絶縁層16が形成されている。また、金属基板15は、金属基材12とAl基材14とが積層されて一体化されたもの、すなわち、Alクラッド基材又はAlクラッド基板である。
As shown in FIG. 2 (a), the substrate 10 includes a metal substrate 15 composed of a metal substrate 12 and an aluminum substrate 14 (hereinafter referred to as an Al substrate 14) mainly composed of aluminum, and an insulating layer 16. A substrate with an insulating layer.
In the substrate 10, an Al base 14 is formed on the surface 12 a of the metal base 12 to constitute a metal substrate 15, and an insulating layer 16 is formed on the surface 14 a of the Al base 14 of the metal substrate 15. Further, the metal substrate 15 is a laminate in which the metal base 12 and the Al base 14 are laminated and integrated, that is, an Al clad base or an Al clad substrate.

本実施形態の基板10は、光電変換素子および薄膜太陽電池の基板に利用されるものであり、例えば、平板状である。基板10の形状および大きさ等は適用される光電変換素子および薄膜太陽電池の大きさ等に応じて適宜決定される。薄膜太陽電池に用いる場合、基板10は、例えば、一辺の長さが1mを超える四角形状または矩形状である。   The board | substrate 10 of this embodiment is utilized for the board | substrate of a photoelectric conversion element and a thin film solar cell, for example, is flat form. The shape, size, and the like of the substrate 10 are appropriately determined according to the size of the applied photoelectric conversion element and thin film solar cell. When used for a thin film solar cell, the substrate 10 has, for example, a rectangular shape or a rectangular shape in which the length of one side exceeds 1 m.

基板10において、金属基材12には、平板状又は箔状金属材が用いられるが、例えば、炭素鋼およびフェライト系ステンレス鋼等の鋼材が用いられる。
金属基材12に用いられる鋼材は、アルミニウム合金より300℃以上での耐熱強度が高く、基板10は所定の耐熱性が得られる。
In the substrate 10, a flat or foil-like metal material is used for the metal base 12, and for example, a steel material such as carbon steel and ferritic stainless steel is used.
The steel material used for the metal base 12 has higher heat resistance at 300 ° C. or higher than the aluminum alloy, and the substrate 10 can obtain predetermined heat resistance.

上述の金属基材12に用いられる炭素鋼は、例えば、炭素含有量が0.6質量%以下の機械構造用炭素鋼が用いられる。機械構造用炭素鋼としては、例えば、一般的にSC材と呼ばれるものが用いられる。
また、フェライト系ステンレス鋼としては、SUS430、SUS405、SUS410、SUS436、SUS444等を用いることができる。
鋼材としては、これ以外にも、一般的にSPCC(冷間圧延鋼板)と呼ばれるものが用いられる。
As the carbon steel used for the metal base 12 described above, for example, carbon steel for mechanical structure having a carbon content of 0.6% by mass or less is used. As carbon steel for machine structure, what is generally called SC material is used, for example.
Moreover, as a ferritic stainless steel, SUS430, SUS405, SUS410, SUS436, SUS444, etc. can be used.
In addition to this, what is generally called SPCC (cold rolled steel sheet) is used as the steel material.

なお、金属基材12は、上記以外にも、コバール合金(5×10−6/℃)、チタンまたはチタン合金により構成してもよい。チタンとしては、純Ti(9.2×10−6/℃)が用いられ、チタン合金としては、展伸用合金であるTi−6Al−4V、Ti−15V−3Cr−3Al−3Snが用いられる。これらの金属も、平板状又は箔状で用いられる。
金属基材12としては、アルミニウムおよびアルミニウム合金よりも熱膨張係数が小さく、剛性が高く、しかも耐熱性が高い金属または合金であることが好ましい。
In addition to the above, the metal substrate 12 may be made of Kovar alloy (5 × 10 −6 / ° C.), titanium, or a titanium alloy. As titanium, pure Ti (9.2 × 10 −6 / ° C.) is used, and as a titanium alloy, Ti-6Al-4V and Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn, which are wrought alloys, are used. . These metals are also used in a flat plate shape or a foil shape.
The metal substrate 12 is preferably a metal or alloy having a smaller coefficient of thermal expansion, higher rigidity, and higher heat resistance than aluminum and aluminum alloys.

金属基材12の厚さは、可撓性に影響するので、過度の剛性不足を伴わない範囲で薄くすることが好ましい。
本実施形態の基板10においては、金属基材12の厚さは、例えば、10〜800μmであり、好ましくは30〜300μmである。より好ましくは50〜150μmである。金属基材12の厚さを薄くすることは、原材料コストの面からも好ましい。
金属基材12を可撓性を有するもの、すなわち、フレキシブルなものとする場合、金属基材12は、フェライト系ステンレス鋼が好ましい。
Since the thickness of the metal substrate 12 affects the flexibility, it is preferable to make it thin within a range that does not involve an excessive lack of rigidity.
In the board | substrate 10 of this embodiment, the thickness of the metal base material 12 is 10-800 micrometers, for example, Preferably it is 30-300 micrometers. More preferably, it is 50-150 micrometers. It is preferable to reduce the thickness of the metal substrate 12 from the viewpoint of raw material costs.
When the metal substrate 12 is flexible, that is, flexible, the metal substrate 12 is preferably ferritic stainless steel.

Al基材14は、主成分がアルミニウム(Al)で構成されるものであり、主成分がアルミニウムとは、アルミニウム含有量が90質量%以上であることをいう。
Al基材14としては、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられる。Al基材14に用いられるアルミニウムまたはアルミニウム合金は、不要な金属間化合物を含まないことが好ましい。具体的には不純物の少ない、99質量%以上の純度のアルミであることが好ましい。純度としては、例えば、99.99質量%Al、99.96質量%Al、99.9質量%Al、99.85質量%Al、99.7質量%Al、99.5質量%Al等が好ましい。また、アルミニウム合金には、金属間化合物を作りにくい元素を添加したものを用いることができる。例えば、純度が99.9質量%のAlにマグネシウムを2.0〜7.0質量%添加したアルミニウム合金である。マグネシウム以外では、Cu、Siなど、固溶限界の高い元素を添加することができる。
The Al base material 14 is composed of aluminum (Al) as a main component, and aluminum as a main component means that the aluminum content is 90% by mass or more.
As the Al base material 14, for example, aluminum or an aluminum alloy is used. The aluminum or aluminum alloy used for the Al substrate 14 preferably does not contain unnecessary intermetallic compounds. Specifically, aluminum having a purity of 99% by mass or more with few impurities is preferable. As purity, for example, 99.99 mass% Al, 99.96 mass% Al, 99.9 mass% Al, 99.85 mass% Al, 99.7 mass% Al, 99.5 mass% Al, etc. are preferable. . Moreover, what added the element which is hard to make an intermetallic compound can be used for an aluminum alloy. For example, it is an aluminum alloy obtained by adding 2.0 to 7.0% by mass of magnesium to Al having a purity of 99.9% by mass. In addition to magnesium, elements having a high solid solubility limit such as Cu and Si can be added.

Al基材14のアルミニウムの純度を高めることにより、析出物に起因する金属間化合物を避けることができ、絶縁層16の健全性を増すことができる。これは、アルミニウム合金の陽極酸化を行った場合、金属間化合物が起点となって、絶縁不良を起こす可能性があり、金属間化合物が多いと、その可能性が増えることによるものである。   By increasing the purity of the aluminum of the Al base 14, it is possible to avoid intermetallic compounds resulting from precipitates, and to increase the soundness of the insulating layer 16. This is because, when anodizing of an aluminum alloy is performed, an intermetallic compound may be the starting point, which may cause insulation failure. If there are many intermetallic compounds, the possibility increases.

また、Al基材14の厚さは、例えば、5〜150μmであり、好ましくは10〜100μmである。より好ましくは20〜50μmである。
また、Al基材14の表面粗さは、例えば、算術平均粗さRaで1μm以下である。好ましくは、0.5μm以下、より好ましくは、0.1μm以下である。
なお、Al基材14の表面は、鏡面仕上げされていてもよい。この鏡面仕上げは、例えば、特許第4212641号公報、特開2003−341696号公報、特開平7−331379号公報、特開2007−196250号公報、特開2000−223205号公報に記載の方法によりなされる。
Moreover, the thickness of Al base material 14 is 5-150 micrometers, for example, Preferably it is 10-100 micrometers. More preferably, it is 20-50 micrometers.
Moreover, the surface roughness of the Al base 14 is, for example, 1 μm or less in terms of arithmetic average roughness Ra. Preferably, it is 0.5 μm or less, more preferably 0.1 μm or less.
Note that the surface of the Al base 14 may be mirror-finished. This mirror finish is performed, for example, by the methods described in Japanese Patent No. 4212621, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-341696, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-331379, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-196250, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-223205. The

基板10において、絶縁層16は、絶縁性とハンドリング時の機械衝撃による損傷を防止するためのものである。この絶縁層16は、陽極酸化膜(アルミニウム陽極酸化膜(アルミナ膜))により構成されるものである。
絶縁層16は、陽極酸化膜に限定されるものではなく、例えば、蒸着法、スパッタ法、CVD法により形成されたものであってもよい。
In the substrate 10, the insulating layer 16 is for preventing insulation and damage due to mechanical shock during handling. This insulating layer 16 is composed of an anodized film (aluminum anodized film (alumina film)).
The insulating layer 16 is not limited to the anodic oxide film, and may be formed by, for example, vapor deposition, sputtering, or CVD.

絶縁層16の厚さは5μm以上が好ましく、10μm以上が更に好ましい。絶縁層16の厚さが過度に厚い場合、可撓性が低下すること、および絶縁層16の形成に要するコスト、時間がかかるため好ましくない。現実的には、絶縁層16の厚さは、最大50μm以下、好ましくは30μm以下である。このため、絶縁層16の好ましい厚さは、0.5〜50μmである。
また、絶縁層16の表面18aの表面粗さは、例えば、算術平均粗さRaで1μm以下であり、好ましくは、0.5μm以下、より好ましくは、0.1μm以下である。
The thickness of the insulating layer 16 is preferably 5 μm or more, and more preferably 10 μm or more. When the thickness of the insulating layer 16 is excessively large, it is not preferable because flexibility is lowered and cost and time required for forming the insulating layer 16 are required. In practice, the thickness of the insulating layer 16 is 50 μm or less, preferably 30 μm or less at maximum. For this reason, the preferable thickness of the insulating layer 16 is 0.5-50 micrometers.
Further, the surface roughness of the surface 18a of the insulating layer 16 is, for example, an arithmetic average roughness Ra of 1 μm or less, preferably 0.5 μm or less, more preferably 0.1 μm or less.

基板10の強度は、500℃以上に熱処理をされている中での引張強度が5MPa以上あることが必要で、好ましくは10MPa以上ある。
また、500℃以上で熱処理されている中で、クリープ変形を起こさないため、500℃、10分間保持された際、最大0.1%の塑性変形を起こす強度が0.2MPa以上あることが好ましく、より好ましくは0.4MPa以上、更に好ましくは1MPa以上である。
The substrate 10 needs to have a tensile strength of 5 MPa or more, preferably 10 MPa or more, while being heat-treated at 500 ° C. or more.
Further, in order to prevent creep deformation during heat treatment at 500 ° C. or higher, it is preferable that the strength causing plastic deformation of 0.1% at the maximum when held at 500 ° C. for 10 minutes is 0.2 MPa or higher. More preferably, it is 0.4 MPa or more, and further preferably 1 MPa or more.

なお、基板10は、金属基材12、Al基材14および絶縁層16のいずれも可撓性を有するもの、すなわち、フレキシブルなものとすることにより、基板10全体として、フレキシブルなものになる。これにより、例えば、ロール・ツー・ロール方式で、基板10の絶縁層16側に、後述する応力緩和層、下部電極となる裏面電極、光電変換層、上部電極となる透明電極等を形成することができる。
また、本実施形態においては、基板10を、金属基材12とAl基材14とが積層されて一体化された金属基板15およびこの金属基板15のAl基材14の表面14aに形成された絶縁層16を備える絶縁層付基板とすることにより、例えば、温度500℃以上の成膜工程を経ても高い絶縁性および高い強度を維持することができ、しかも、歪の発生も抑制されるため、温度が500℃以上の高温で、種々の膜を、例えば、ロール・ツー・ロール方式で形成することが可能である。
In addition, the board | substrate 10 becomes flexible as the board | substrate 10 whole by making all the metal base material 12, the Al base material 14, and the insulating layer 16 have flexibility, ie, a flexible thing. Thereby, for example, a stress relaxation layer, a back electrode serving as a lower electrode, a photoelectric conversion layer, a transparent electrode serving as an upper electrode, and the like are formed on the insulating layer 16 side of the substrate 10 by a roll-to-roll method. Can do.
Further, in the present embodiment, the substrate 10 is formed on the metal substrate 15 in which the metal base 12 and the Al base 14 are laminated and integrated, and the surface 14a of the Al base 14 of the metal substrate 15. By using an insulating layer-equipped substrate including the insulating layer 16, for example, high insulating properties and high strength can be maintained even after a film forming process at a temperature of 500 ° C. or higher, and the occurrence of strain is suppressed. It is possible to form various films at a high temperature of 500 ° C. or higher, for example, by a roll-to-roll method.

また、本実施形態の基板10においては、金属基材12とAl基材14の2層構造の金属基板15を有する構成としたが、本発明は、金属基材12は、少なくとも1層であればよいため、1層のものに限定されるものではなく複数層でもよい。
図2(b)に示す基板10aのように、金属基材は、例えば、第1の金属基材13aと第2の金属基材13bとを有する2層構造であってもよい。
この場合、例えば、第1の金属基材13aがチタンまたはチタン合金により構成され、第2の金属基材13bが金属基材12と同じく鋼材により構成される。なお、第2の金属基材13bがチタンまたはチタン合金により構成され、第1の金属基材13aが金属基材12と同じく鋼材により構成されてもよい。
さらには、基板として、金属基材12の表面12aおよび裏面にAl基材14が形成され、この各Al基材14の表面14aに絶縁層16が形成されている構成としてもよい。この場合、金属基材12を中心として、対称にAl基材14および絶縁層16が形成される。なお、金属基材12と2つのAl基材14とが積層されて一体化されたものが金属基板となる。
Further, the substrate 10 of the present embodiment is configured to include the metal substrate 15 having a two-layer structure of the metal substrate 12 and the Al substrate 14, but the present invention is not limited to the metal substrate 12 having at least one layer. Therefore, it is not limited to one layer, and a plurality of layers may be used.
Like the board | substrate 10a shown in FIG.2 (b), the metal base material may be 2 layer structure which has the 1st metal base material 13a and the 2nd metal base material 13b, for example.
In this case, for example, the first metal base 13 a is made of titanium or a titanium alloy, and the second metal base 13 b is made of a steel material like the metal base 12. The second metal base 13b may be made of titanium or a titanium alloy, and the first metal base 13a may be made of steel similarly to the metal base 12.
Furthermore, it is good also as a structure by which the Al base material 14 is formed in the surface 12a and back surface of the metal base material 12, and the insulating layer 16 is formed in the surface 14a of each Al base material 14 as a board | substrate. In this case, the Al base material 14 and the insulating layer 16 are formed symmetrically around the metal base material 12. In addition, what laminated | stacked and integrated the metal base material 12 and the two Al base materials 14 becomes a metal substrate.

次に、本実施形態の基板10の製造方法について説明する。
まず、金属基材12を準備する。この金属基材12は、形成する基板10の大きさにより、所定の形状および大きさに形成されている。
次に、金属基材12の表面12aに、Al基材14を形成する。これにより、金属基板15が構成される。
金属基材12の表面12aに、Al基材14を形成する方法としては、金属基材12とAl基材14との密着性が確保できる一体化結合ができていれば、特に限定されるものではない。このAl基材14の形成法としては、例えば、蒸着法、スパッタ法等の気相法、メッキ法、および表面清浄化後の加圧接合法を用いることができる。Al基材14の形成法としては、コストと量産性の観点からロール圧延等による加圧接合が好ましい。
なお、上述したように、金属基材12の表面12aおよび裏面の両面にAl基材14を形成してもよい。
Next, the manufacturing method of the board | substrate 10 of this embodiment is demonstrated.
First, the metal substrate 12 is prepared. The metal base 12 is formed in a predetermined shape and size depending on the size of the substrate 10 to be formed.
Next, the Al base material 14 is formed on the surface 12 a of the metal base material 12. Thereby, the metal substrate 15 is configured.
The method for forming the Al base material 14 on the surface 12a of the metal base material 12 is particularly limited as long as an integrated bond capable of ensuring the adhesion between the metal base material 12 and the Al base material 14 is achieved. is not. As a method for forming the Al base material 14, for example, a vapor phase method such as an evaporation method or a sputtering method, a plating method, and a pressure bonding method after surface cleaning can be used. As a method for forming the Al base material 14, pressure bonding by roll rolling or the like is preferable from the viewpoint of cost and mass productivity.
As described above, the Al base material 14 may be formed on both the front surface 12a and the back surface of the metal base material 12.

次に、金属基板15のAl基材14の表面14aに絶縁層16を形成する。こうして、基板10が得られる。以下、絶縁層16である陽極酸化膜の形成方法について説明する。   Next, the insulating layer 16 is formed on the surface 14 a of the Al base 14 of the metal substrate 15. In this way, the substrate 10 is obtained. Hereinafter, a method of forming the anodic oxide film that is the insulating layer 16 will be described.

絶縁層16である陽極酸化膜を形成する場合、金属基材12を陽極とし、陰極と共に電解液に浸漬させ、陽極陰極間に電圧を印加することにより陽極酸化膜を形成することができる。このとき、金属基材12が電解液に接触すると、Al基材14と局部電池を形成するため、電解液に接触する金属基材12をマスキングフィルム(図示せず)により、マスクして絶縁しておく必要がある。すなわち、Al基材14の表面14a以外の金属基材12の端面および裏面を、マスキングフィルム(図示せず)を用いて絶縁しておく必要がある。
陽極酸化処理前には、必要に応じてAl基材14の表面に洗浄処理・研磨平滑化処理等を施す。
When forming the anodic oxide film which is the insulating layer 16, the anodic oxide film can be formed by using the metal substrate 12 as an anode, immersing it in an electrolyte together with a cathode, and applying a voltage between the anode and the cathode. At this time, when the metal substrate 12 comes into contact with the electrolyte, in order to form a local battery with the Al substrate 14, the metal substrate 12 in contact with the electrolyte is masked and insulated by a masking film (not shown). It is necessary to keep. That is, it is necessary to insulate the end surface and the back surface of the metal substrate 12 other than the surface 14a of the Al substrate 14 using a masking film (not shown).
Prior to the anodizing treatment, the surface of the Al base 14 is subjected to cleaning treatment, polishing smoothing treatment, or the like as necessary.

陽極酸化時の陰極としてはカーボンまたはAl等が使用される。電解質としては、硫酸、リン酸、クロム酸、シュウ酸、スルファミン酸、ベンゼンスルホン酸、およびアミドスルホン酸等の酸を、1種または2種以上含む酸性電解液を用いる。陽極酸化条件は使用する電解質の種類にもより特に限定されるものではない。陽極酸化条件としては、例えば、電解質濃度1〜80質量%、液温5〜70℃、電流密度0.005〜0.60A/cm、電圧1〜200V、電解時間3〜500分の範囲にあれば適当である。電解質としては、硫酸、リン酸、シュウ酸またはこれらの混合液が好ましい。このような電解質を用いる場合、電解質濃度4〜30質量%、液温10〜30℃、電流密度0.002〜0.30A/cm、および電圧20〜100Vとすることが好ましい。 Carbon, Al, or the like is used as a cathode during anodization. As the electrolyte, an acidic electrolytic solution containing one or more acids such as sulfuric acid, phosphoric acid, chromic acid, oxalic acid, sulfamic acid, benzenesulfonic acid, and amidesulfonic acid is used. Anodizing conditions are not particularly limited by the type of electrolyte used. As anodizing conditions, for example, electrolyte concentration 1 to 80% by mass, liquid temperature 5 to 70 ° C., current density 0.005 to 0.60 A / cm 2 , voltage 1 to 200 V, electrolysis time 3 to 500 minutes It is appropriate if it exists. As the electrolyte, sulfuric acid, phosphoric acid, oxalic acid or a mixture thereof is preferable. When such an electrolyte is used, the electrolyte concentration is preferably 4 to 30% by mass, the liquid temperature is 10 to 30 ° C., the current density is 0.002 to 0.30 A / cm 2 , and the voltage is 20 to 100V.

陽極酸化処理時には、Al基材14の表面14aから略垂直方向に酸化反応が進行し、Al基材14の表面14aに陽極酸化膜が生成される。上述の酸性電解液を用いた場合、陽極酸化膜は、多数の平面視略正六角形状の微細柱状体が隙間なく配列し、各微細柱状体の中心部には丸みを帯びた底面を有する微細孔が形成され、微細柱状体の底部にはバリヤ層(通常、厚さ0.02〜0.1μm)が形成されたポーラス型となる。
このようなポーラス構造を有する陽極酸化膜は、非ポーラス構造の酸化アルミニウム単体膜と比較して膜のヤング率が低いものとなり、曲げ耐性および高温時の熱膨張差により生じるクラック耐性が高いものとなる。
During the anodizing treatment, an oxidation reaction proceeds in a substantially vertical direction from the surface 14a of the Al base material 14, and an anodized film is generated on the surface 14a of the Al base material 14. When the above acidic electrolytic solution is used, the anodic oxide film has a fine columnar body having a substantially regular hexagonal shape in plan view arranged without gaps, and has a round bottom at the center of each fine columnar body. Holes are formed, and a porous type in which a barrier layer (usually 0.02 to 0.1 μm in thickness) is formed at the bottom of the fine columnar body.
Such an anodic oxide film having a porous structure has a low Young's modulus of the film compared to a non-porous aluminum oxide single film, and has a high resistance to bending and cracking caused by a difference in thermal expansion at high temperatures. Become.

なお、酸性電解液を用いず、ホウ酸等の中性電解液で電解処理すると、ポーラスな微細柱状体が配列した陽極酸化膜でなく緻密な陽極酸化膜(非ポーラスな酸化アルミニウム単体膜)となる。酸性電解液でポーラスな陽極酸化膜を生成後に、中性電解液で再電解処理するポアフィリング法によりバリヤ層の層厚を大きくした陽極酸化膜を形成してもよい。バリヤ層を厚くすることにより、より絶縁性の高い被膜とすることができる。
陽極酸化処理に用いる電解液は、好ましくは、硫酸水溶液またはシュウ酸水溶液を用いる。陽極酸化膜の健全性はシュウ酸水溶液が優れ、連続処理生産性は硫酸水溶液が優れる。
絶縁層16である陽極酸化膜の好ましい厚さは、上述のように、0.5〜50μmである。この厚さは、定電流電解、定電圧電解の電流、電圧の大きさおよび電解時間により制御可能である。
When electrolytic treatment is carried out with a neutral electrolytic solution such as boric acid without using an acidic electrolytic solution, a dense anodic oxide film (non-porous aluminum oxide simple substance film) is formed instead of an anodic oxide film in which porous fine columnar bodies are arranged. Become. After the porous anodic oxide film is formed with the acidic electrolytic solution, an anodic oxide film having a thicker barrier layer may be formed by a pore filling method in which re-electrolytic treatment is performed with the neutral electrolytic solution. By increasing the thickness of the barrier layer, it is possible to obtain a coating with higher insulation.
As the electrolytic solution used for the anodizing treatment, an aqueous sulfuric acid solution or an aqueous oxalic acid solution is preferably used. An oxalic acid aqueous solution is excellent in soundness of the anodic oxide film, and a sulfuric acid aqueous solution is excellent in continuous treatment productivity.
The preferable thickness of the anodic oxide film that is the insulating layer 16 is 0.5 to 50 μm as described above. This thickness is controllable by constant current electrolysis, constant voltage electrolysis current, voltage magnitude, and electrolysis time.

陽極酸化により形成された絶縁層16について、特に絶縁性を高めたい場合、ホウ酸液中で封孔処理する。
封孔処理は、電気化学的な方法、化学的な方法が知られているが、アルミニウム、アルミニウム合金を陽極にした電気化学的な方法(陽極処理)が特に好ましい。
電気化学的な方法は、アルミニウムまたはその合金を陽極にして直流電流を加え、封孔処理する方法が好ましい。電解液はホウ酸水溶液が好ましく、ホウ酸水溶液にナトリウムを含むホウ酸塩を添加した水溶液が好ましい。ホウ酸塩としては、八ほう酸二ナトリウム、テトラフェニルほう酸ナトリウム、テトラフルオロほう酸ナトリウム、ペルオキソほう酸ナトリウム、四ほう酸ナトリウム、メタほう酸ナトリウムなどがある。これらのホウ酸塩は、無水または水和物として入手することができる。
The insulating layer 16 formed by anodic oxidation is subjected to sealing treatment in a boric acid solution when it is particularly desired to enhance the insulation.
As the sealing treatment, an electrochemical method or a chemical method is known, and an electrochemical method (anodic treatment) using aluminum or an aluminum alloy as an anode is particularly preferable.
The electrochemical method is preferably a method in which aluminum or an alloy thereof is used as an anode and a direct current is applied to perform sealing treatment. The electrolytic solution is preferably an aqueous boric acid solution, and is preferably an aqueous solution obtained by adding a borate containing sodium to an aqueous boric acid solution. Examples of borates include disodium octaborate, sodium tetraphenylborate, sodium tetrafluoroborate, sodium peroxoborate, sodium tetraborate, and sodium metaborate. These borates are available as anhydrous or hydrated.

封孔処理に用いる電解液として、0.1〜2mol/Lのホウ酸水溶液に、0.01〜0.5mol/Lの四ほう酸ナトリウムを添加した水溶液を用いることが特に好ましい。アルミニウムイオンは0〜0.1mol/L溶解していることが好ましい。アルミニウムイオンは、電解液中へ封孔処理により化学的または電気化学的に溶解するが、予めホウ酸アルミニウムを添加して電解する方法が特に好ましい。また、アルミニウム合金中に含まれる微量元素が溶解していても良い。
好ましい封孔処理条件は、液温10〜55℃(特に好ましくは10〜30℃)、電流密度0.01〜5A/dm(特に好ましくは0.1〜3A/dm)、電解処理時間0.1〜10分(特に好ましくは1〜5分)である。
As an electrolytic solution used for the sealing treatment, it is particularly preferable to use an aqueous solution obtained by adding 0.01 to 0.5 mol / L sodium tetraborate to a 0.1 to 2 mol / L boric acid aqueous solution. It is preferable that 0 to 0.1 mol / L of aluminum ion is dissolved. Aluminum ions are chemically or electrochemically dissolved in the electrolytic solution by a sealing treatment, and a method of electrolyzing by adding aluminum borate in advance is particularly preferable. Further, trace elements contained in the aluminum alloy may be dissolved.
Preferred sealing treatment conditions are a liquid temperature of 10 to 55 ° C. (particularly preferably 10 to 30 ° C.), a current density of 0.01 to 5 A / dm 2 (particularly preferably 0.1 to 3 A / dm 2 ), and an electrolytic treatment time. 0.1 to 10 minutes (particularly preferably 1 to 5 minutes).

電流は、交流、直流、交直重畳電流を用いることが可能であり、電流の与え方は、電解初期から一定でも漸増法を用いてもよいが、直流を用いる方法が特に好ましい。電流の与え方は、定電圧法、定電流法どちらを用いても良い。
このときの基板と対極間の電圧は、100〜1000Vであることが好ましく、電圧は電解浴組成、液温、アルミニウム界面の流速、電源波形、基板と対極との間の距離、電解時間などによって変化する。
基板表面の電解液流速並びに流速の与え方、電解槽、電極、電解液の濃度制御方法は、前記陽極酸化処理に記載の公知の陽極酸化処理方法、並びに封孔処理の方法を用いることが可能である。ホウ酸ナトリウムを含むホウ酸水溶液中で陽極酸化処理する際の膜厚は100nm以上が好ましく、更に好ましくは300nm以上である。上限は多孔質陽極酸化皮膜の膜厚になる。これにより、特に高温強度が必要で、可撓性のメリットがある、薄膜太陽電池の基板に用いることができる。
As the current, an alternating current, a direct current, or an AC / DC superimposed current can be used. The method of applying the current may be constant or gradually increasing from the initial stage of electrolysis, but a method using direct current is particularly preferable. Either a constant voltage method or a constant current method may be used for applying the current.
At this time, the voltage between the substrate and the counter electrode is preferably 100 to 1000 V, and the voltage depends on the electrolytic bath composition, the liquid temperature, the flow velocity at the aluminum interface, the power waveform, the distance between the substrate and the counter electrode, the electrolysis time, and the like. Change.
As the electrolyte flow rate on the substrate surface and the method of giving the flow rate, the electrolytic bath, the electrode, and the concentration control method of the electrolytic solution can use the known anodizing method and the sealing method described in the anodizing treatment. It is. The film thickness when anodizing in a boric acid aqueous solution containing sodium borate is preferably 100 nm or more, and more preferably 300 nm or more. The upper limit is the film thickness of the porous anodic oxide film. Thereby, it can use for the board | substrate of a thin film solar cell which requires especially high temperature intensity | strength and has the merit of flexibility.

また、化学的な好ましい方法は、陽極酸化処理後にポアおよび・または空孔にSi酸化物を充填した構造にすることも可能である。Si酸化物による充填はSi−O結合を有する化合物を含む溶液を塗布、または、珪酸ソーダ水溶液(1号珪酸ソーダまたは3号珪酸ソーダ、1〜5質量%水溶液、20〜70℃)に、1〜30秒間浸漬後に水洗・乾燥し、更に200〜600℃で1〜60分間焼成する方法も可能である。
化学的な好ましい方法として、前記珪酸ソーダ水溶液のほかに、フッ化ジルコン酸ソーダおよび・またはリン酸2水素ナトリウムの単体または混合比率が重量比で5:1〜1:5の混合水溶液の、濃度1〜5質量%の液に、20〜70℃で1〜60秒浸漬することで封孔処理をおこなう方法を用いることもできる。
なお、陽極酸化処理については、例えば、公知のいわゆるロール・ツー・ロール方式の陽極酸化処理装置により行うことができる。
In addition, a chemically preferable method may be a structure in which pores and / or vacancies are filled with Si oxide after anodizing. For filling with Si oxide, a solution containing a compound having a Si—O bond is applied, or a sodium silicate aqueous solution (No. 1 sodium silicate or No. 3 sodium silicate, 1 to 5 mass% aqueous solution, 20 to 70 ° C.) is 1 A method of washing and drying after immersing for ˜30 seconds and further baking at 200 to 600 ° C. for 1 to 60 minutes is also possible.
As a chemically preferable method, in addition to the sodium silicate aqueous solution, the concentration of sodium fluoride zirconate and / or sodium dihydrogen phosphate alone or a mixed aqueous solution having a mixing ratio of 5: 1 to 1: 5 by weight A method of performing a sealing treatment by immersing in 1 to 5% by mass of a liquid at 20 to 70 ° C. for 1 to 60 seconds can also be used.
In addition, about an anodizing process, it can carry out with the well-known what is called a roll-to-roll system anodizing apparatus, for example.

次に、陽極酸化処理後に、マスキングフィルム(図示せず)を剥がす。これにより、基板10を形成することができる。   Next, after the anodizing treatment, the masking film (not shown) is peeled off. Thereby, the substrate 10 can be formed.

次に、図1に示す本実施形態の薄膜太陽電池30の光電変換素子40について説明する。
本実施形態の薄膜太陽電池(例えば、薄膜太陽電池サブモジュール)30においては、上述の基板10の表面、すなわち、絶縁層16の表面16aに応力緩和層50が形成されている。
この薄膜太陽電池30は、複数の光電変換素子40と、第1の導電部材42と、第2の導電部材44とを有する。
Next, the photoelectric conversion element 40 of the thin film solar cell 30 of this embodiment shown in FIG. 1 will be described.
In the thin film solar cell (for example, the thin film solar cell submodule) 30 of this embodiment, the stress relaxation layer 50 is formed on the surface of the substrate 10 described above, that is, the surface 16a of the insulating layer 16.
The thin film solar cell 30 includes a plurality of photoelectric conversion elements 40, a first conductive member 42, and a second conductive member 44.

光電変換素子40は、薄膜太陽電池30を構成するものであり、基板10と、応力緩和層50と、裏面電極32、光電変換層34、バッファ層36および透明電極38により構成される発電セル(太陽電池セル)54とを備える。
上述のように、絶縁層16の表面16aに応力緩和層50が形成されている。この応力緩和層50の表面50aに、発電セル54の裏面電極32と光電変換層34とバッファ層36と透明電極38とが順次積層されている。
The photoelectric conversion element 40 constitutes the thin-film solar cell 30, and includes a power generation cell (substrate 10, a stress relaxation layer 50, a back electrode 32, a photoelectric conversion layer 34, a buffer layer 36, and a transparent electrode 38). Solar cell) 54.
As described above, the stress relaxation layer 50 is formed on the surface 16 a of the insulating layer 16. On the surface 50 a of the stress relaxation layer 50, the back electrode 32, the photoelectric conversion layer 34, the buffer layer 36, and the transparent electrode 38 of the power generation cell 54 are sequentially stacked.

裏面電極32は、隣り合う裏面電極32と分離溝(P1)33を設けて応力緩和層50の表面50aに形成されている。分離溝(P1)33を埋めつつ光電変換層34が裏面電極32の上に形成されている。この光電変換層34の表面にバッファ層36が形成されている。これらの光電変換層34とバッファ層36とは、裏面電極32にまで達する溝(P2)37により、他の光電変換層34とバッファ層36と離間されている。この溝(P2)37は、裏面電極32の分離溝(P1)33とは異なる位置に形成されている。   The back electrode 32 is formed on the surface 50 a of the stress relaxation layer 50 by providing an adjacent back electrode 32 and a separation groove (P 1) 33. A photoelectric conversion layer 34 is formed on the back electrode 32 while filling the separation groove (P1) 33. A buffer layer 36 is formed on the surface of the photoelectric conversion layer 34. The photoelectric conversion layer 34 and the buffer layer 36 are separated from other photoelectric conversion layers 34 and the buffer layer 36 by a groove (P2) 37 reaching the back electrode 32. The groove (P2) 37 is formed at a position different from the separation groove (P1) 33 of the back electrode 32.

また、この溝(P2)37を埋めつつバッファ層36の表面に透明電極38が形成されている。
透明電極38、バッファ層36および光電変換層34を貫き裏面電極32に達する開口溝(P3)39が形成されている。薄膜太陽電池モジュール30においては、各光電変換素子40は、裏面電極32と透明電極38により、基板10の長手方向Lに、電気的に直列に接続されている。
A transparent electrode 38 is formed on the surface of the buffer layer 36 while filling the groove (P2) 37.
An opening groove (P3) 39 that penetrates the transparent electrode 38, the buffer layer 36, and the photoelectric conversion layer 34 and reaches the back electrode 32 is formed. In the thin film solar cell module 30, each photoelectric conversion element 40 is electrically connected in series in the longitudinal direction L of the substrate 10 by the back electrode 32 and the transparent electrode 38.

本実施形態の光電変換素子40は、集積型の光電変換素子(太陽電池)と呼ばれるものであり、例えば、裏面電極32がモリブデン電極で構成され、光電変換層34が、光電変換機能を有する半導体化合物、例えば、CIGS層で構成され、バッファ層36がCdSで構成され、透明電極38がZnOで構成される。
なお、光電変換素子40は、基板10の長手方向Lと直交する幅方向に長く伸びて形成されている。このため、裏面電極32等も基板10の幅方向に長く伸びている。
The photoelectric conversion element 40 of this embodiment is called an integrated photoelectric conversion element (solar cell). For example, the back electrode 32 is composed of a molybdenum electrode, and the photoelectric conversion layer 34 is a semiconductor having a photoelectric conversion function. A compound, for example, is composed of a CIGS layer, the buffer layer 36 is composed of CdS, and the transparent electrode 38 is composed of ZnO.
The photoelectric conversion element 40 is formed to extend in the width direction perpendicular to the longitudinal direction L of the substrate 10. For this reason, the back electrode 32 and the like also extend long in the width direction of the substrate 10.

図1に示すように、右側の端の裏面電極32上に第1の導電部材42が接続されている。この第1の導電部材42は、後述する負極からの出力を外部に取り出すためのものである。本来、右側の端の裏面電極32上には光電変換素子40が形成されるが、例えば、レーザースクライブまたはメカニカルスクラブにより、光電変換素子40を取り除いて、裏面電極32を表出させている。   As shown in FIG. 1, a first conductive member 42 is connected on the back electrode 32 at the right end. The first conductive member 42 is for taking out an output from a negative electrode to be described later. Originally, the photoelectric conversion element 40 is formed on the back electrode 32 at the right end. For example, the photoelectric conversion element 40 is removed by laser scribing or mechanical scrubbing to expose the back electrode 32.

第1の導電部材42は、例えば、細長い帯状の部材であり、基板10の幅方向に略直線状に伸びて、右端の裏面電極32上に接続されている。また、図1に示すように、第1の導電部材42は、例えば、銅リボン42aがインジウム銅合金の被覆材42bで被覆されたものである。この第1の導電部材42は、例えば、超音波半田により裏面電極32に接続される。   The first conductive member 42 is, for example, an elongated belt-like member, extends in a substantially linear shape in the width direction of the substrate 10, and is connected to the right end back electrode 32. As shown in FIG. 1, the first conductive member 42 is, for example, a copper ribbon 42a covered with an indium copper alloy coating 42b. The first conductive member 42 is connected to the back electrode 32 by, for example, ultrasonic soldering.

この第2の導電部材44は、後述する正極からの出力を外部に取り出すためのものである。第2の導電部材44も、第1の導電部材42と同様に細長い帯状の部材であり、基板10の幅方向に略直線状に伸びて、左端の裏面電極32に接続されている。本来、左端の裏面電極32上には光電変換素子40が形成されるが、例えば、レーザースクライブまたはメカニカルスクラブにより、光電変換素子40を取り除いて、裏面電極32を表出させている。   The second conductive member 44 is for taking out an output from a positive electrode described later to the outside. Similarly to the first conductive member 42, the second conductive member 44 is an elongated belt-like member, extends substantially linearly in the width direction of the substrate 10, and is connected to the back electrode 32 at the left end. Originally, the photoelectric conversion element 40 is formed on the leftmost back electrode 32. For example, the photoelectric conversion element 40 is removed by laser scribing or mechanical scrub, and the back electrode 32 is exposed.

第2の導電部材44は、第1の導電部材42と同様の構成のものであり、例えば、銅リボン44aがインジウム銅合金の被覆材44bで被覆されたものである。
第1の導電部材42と第2の導電部材44とは、錫メッキ銅リボンでもよい。また、第1の導電部材42および第2の導電部材44、それぞれの接続も超音波半田に限定されるものではなく、例えば、導電性接着剤、導電性テープを用いて接続してもよい。
The second conductive member 44 has the same configuration as the first conductive member 42. For example, a copper ribbon 44a is covered with a coating material 44b of indium copper alloy.
The first conductive member 42 and the second conductive member 44 may be tin-plated copper ribbons. Further, the connection between the first conductive member 42 and the second conductive member 44 is not limited to the ultrasonic soldering. For example, the first conductive member 42 and the second conductive member 44 may be connected using a conductive adhesive or a conductive tape.

なお、本実施形態の光電変換素子40の光電変換層34は、例えば、CIGSで構成されており、公知のCIGS系の太陽電池の製造方法により製造することができる。
また、裏面電極32の分離溝(P1)33、裏面電極32にまで達する溝(P2)37、裏面電極32に達する開口溝(P3)39は、レーザースクライブまたはメカニカルスクライブにより形成することができる。
In addition, the photoelectric conversion layer 34 of the photoelectric conversion element 40 of this embodiment is comprised by CIGS, for example, and can be manufactured with the manufacturing method of a well-known CIGS type solar cell.
The separation groove (P1) 33 of the back electrode 32, the groove (P2) 37 reaching the back electrode 32, and the opening groove (P3) 39 reaching the back electrode 32 can be formed by laser scribe or mechanical scribe.

薄膜太陽電池30では、光電変換素子40に、透明電極38側から光が入射されると、この光が透明電極38およびバッファ層36を通過し、光電変換層34で起電力が発生し、例えば、透明電極38から裏面電極32に向かう電流が発生する。なお、図1に示す矢印は、電流の向きを示すものであり、電子の移動方向は、電流の向きとは逆になる。このため、光電変換部48では、図1中、左端の裏面電極32が正極(プラス極)になり、右端の裏面電極32が負極(マイナス極)になる。   In the thin film solar cell 30, when light is incident on the photoelectric conversion element 40 from the transparent electrode 38 side, this light passes through the transparent electrode 38 and the buffer layer 36, and an electromotive force is generated in the photoelectric conversion layer 34. A current from the transparent electrode 38 toward the back electrode 32 is generated. The arrows shown in FIG. 1 indicate the direction of current, and the direction of movement of electrons is opposite to the direction of current. For this reason, in the photoelectric conversion unit 48, the leftmost back electrode 32 in FIG. 1 becomes a positive electrode (plus electrode), and the rightmost back electrode 32 becomes a negative electrode (minus electrode).

本実施形態において、薄膜太陽電池30で発生した電力を、第1の導電部材42と第2の導電部材44から、薄膜太陽電池30の外部に取り出すことができる。
なお、本実施形態において、第1の導電部材42が負極であり、第2の導電部材44が正極である。また、第1の導電部材42と第2の導電部材44とは極性が逆であってもよく、光電変換素子40の構成、薄膜太陽電池30構成等に応じて、適宜変わるものである。
また、本実施形態においては、各光電変換素子40を、裏面電極32と透明電極38により基板10の長手方向Lに直列接続されるように形成したが、これに限定されるものではない。例えば、各光電変換素子40が、裏面電極32と透明電極38により幅方向に直列接続されるように、各光電変換素子40を形成してもよい。
In the present embodiment, the electric power generated in the thin film solar cell 30 can be taken out of the thin film solar cell 30 from the first conductive member 42 and the second conductive member 44.
In the present embodiment, the first conductive member 42 is a negative electrode, and the second conductive member 44 is a positive electrode. Further, the first conductive member 42 and the second conductive member 44 may have opposite polarities, and are appropriately changed according to the configuration of the photoelectric conversion element 40, the configuration of the thin film solar cell 30, and the like.
Further, in the present embodiment, each photoelectric conversion element 40 is formed to be connected in series in the longitudinal direction L of the substrate 10 by the back electrode 32 and the transparent electrode 38, but is not limited thereto. For example, each photoelectric conversion element 40 may be formed such that each photoelectric conversion element 40 is connected in series in the width direction by the back electrode 32 and the transparent electrode 38.

光電変換素子40において、裏面電極32および透明電極38は、いずれも光電変換層34で発生した電流を取り出すためのものである。裏面電極32および透明電極38は、いずれも導電性材料からなる。光入射側の透明電極38は透光性を有する必要がある。   In the photoelectric conversion element 40, the back electrode 32 and the transparent electrode 38 are for taking out current generated in the photoelectric conversion layer 34. Both the back electrode 32 and the transparent electrode 38 are made of a conductive material. The transparent electrode 38 on the light incident side needs to have translucency.

裏面電極32は、例えば、Mo、Cr、またはW、およびこれらを組合わせたものにより構成される。この裏面電極32は、単層構造でもよいし、2層構造等の積層構造でもよい。裏面電極32は、Moで構成することが好ましい。
裏面電極32は、厚さが100nm以上であることが好ましく、0.45〜1.0μmであることがより好ましい。
また、裏面電極32の形成方法は、特に制限されるものではなく、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等の気相成膜法により形成することができる。
The back electrode 32 is made of, for example, Mo, Cr, or W and a combination thereof. The back electrode 32 may have a single layer structure or a laminated structure such as a two-layer structure. The back electrode 32 is preferably composed of Mo.
The back electrode 32 preferably has a thickness of 100 nm or more, and more preferably 0.45 to 1.0 μm.
Moreover, the formation method of the back surface electrode 32 is not specifically limited, It can form by vapor phase film-forming methods, such as an electron beam vapor deposition method and sputtering method.

透明電極38は、例えば、Al、B、Ga、Sb等が添加されたZnO、ITO(インジウム錫酸化物)、またはSnOおよびこれらを組合わせたものにより構成される。この透明電極38は、単層構造でもよいし、2層構造等の積層構造でもよい。また、透明電極38の厚さは、特に制限されるものではなく、0.3〜1μmが好ましい。
また、透明電極38の形成方法は、特に制限されるものではなく、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等の気相成膜法または塗布法により形成することができる。
The transparent electrode 38 is made of, for example, ZnO to which Al, B, Ga, Sb or the like is added, ITO (indium tin oxide), SnO 2 or a combination thereof. The transparent electrode 38 may have a single layer structure or a laminated structure such as a two-layer structure. Further, the thickness of the transparent electrode 38 is not particularly limited, and is preferably 0.3 to 1 μm.
The method for forming the transparent electrode 38 is not particularly limited, and can be formed by a vapor deposition method such as an electron beam evaporation method or a sputtering method, or a coating method.

バッファ層36は、透明電極38の形成時の光電変換層34を保護すること、透明電極38に入射した光を光電変換層34まで透過させるために形成されている。
このバッファ層36は、例えば、CdS、ZnS、ZnO、ZnMgO、またはZnS(O、OH)およびこれらの組合わせたものにより構成される。
バッファ層36は、その厚さが、30〜100nmが好ましい。また、このバッファ層36は、例えば、CBD(ケミカルバス)法により形成される。
The buffer layer 36 is formed to protect the photoelectric conversion layer 34 when the transparent electrode 38 is formed and to transmit light incident on the transparent electrode 38 to the photoelectric conversion layer 34.
The buffer layer 36 is made of, for example, CdS, ZnS, ZnO, ZnMgO, ZnS (O, OH), or a combination thereof.
The buffer layer 36 preferably has a thickness of 30 to 100 nm. The buffer layer 36 is formed by, for example, a CBD (chemical bath) method.

光電変換層34は、透明電極38およびバッファ層36を通過して到達した光を吸収して電流が発生する層であり、光電変換機能を有する。本実施形態において、光電変換層34の構成は、特に制限されるものではなく、例えば、少なくとも1種のカルコパイライト構造の化合物半導体で構成される。また、光電変換層34は、Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とからなる少なくとも1種の化合物半導体であってもよい。   The photoelectric conversion layer 34 is a layer that generates a current by absorbing light that has passed through the transparent electrode 38 and the buffer layer 36, and has a photoelectric conversion function. In the present embodiment, the configuration of the photoelectric conversion layer 34 is not particularly limited, and includes, for example, at least one compound semiconductor having a chalcopyrite structure. Further, the photoelectric conversion layer 34 may be at least one compound semiconductor composed of a group Ib element, a group IIIb element, and a group VIb element.

さらに光吸収率が高く、高い光電変換効率が得られることから、光電変換層34は、CuおよびAgからなる群より選択された少なくとも1種のIb族元素と、Al、GaおよびInからなる群より選択された少なくとも1種のIIIb族元素と、S、SeおよびTeからなる群から選択された少なくとも1種のVIb族元素とからなる少なくとも1種の化合物半導体であることが好ましい。この化合物半導体としては、CuAlS、CuGaS、CuInS、CuAlSe、CuGaSe、CuInSe(CIS)、AgAlS、AgGaS、AgInS、AgAlSe、AgGaSe、AgInSe、AgAlTe、AgGaTe、AgInTe、Cu(In1−xGa)Se(CIGS)、Cu(In1−xAl)Se、Cu(In1−xGa)(S、Se)、Ag(In1−xGa)Se、およびAg(In1−xGa)(S、Se)等が挙げられる。 Further, since the light absorption rate is high and high photoelectric conversion efficiency is obtained, the photoelectric conversion layer 34 is composed of at least one group Ib element selected from the group consisting of Cu and Ag, and a group consisting of Al, Ga, and In. It is preferably at least one compound semiconductor composed of at least one type IIIb group element selected more and at least one type VIb group element selected from the group consisting of S, Se and Te. As this compound semiconductor, CuAlS 2 , CuGaS 2 , CuInS 2 , CuAlSe 2 , CuGaSe 2 , CuInSe 2 (CIS), AgAlS 2 , AgGaS 2 , AgInS 2 , AgAlSe 2 , AgGaSe 2 , AgInSe 2 , AgInSe 2 , AgInSe 2 , AgInSe 2 , AgInT , AgInTe 2 , Cu (In 1-x Ga x ) Se 2 (CIGS), Cu (In 1-x Al x ) Se 2 , Cu (In 1-x Ga x ) (S, Se) 2 , Ag (In 1-x Ga x ) Se 2 , Ag (In 1-x Ga x ) (S, Se) 2 and the like.

光電変換層34は、CuInSe(CIS)、および/又はこれにGaを固溶したCu(In、Ga)Se(CIGS)を含むことが特に好ましい。CISおよびCIGSはカルコパイライト結晶構造を有する半導体であり、光吸収率が高く、高い光電変換効率が報告されている。また、光照射等による効率の劣化が少なく、耐久性に優れている。 The photoelectric conversion layer 34 particularly preferably includes CuInSe 2 (CIS) and / or Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS) in which Ga is dissolved. CIS and CIGS are semiconductors having a chalcopyrite crystal structure, have high light absorption, and high photoelectric conversion efficiency has been reported. Moreover, there is little degradation of efficiency by light irradiation etc. and it is excellent in durability.

光電変換層34には、所望の半導体導電型を得るための不純物が含まれる。不純物は隣接する層からの拡散、および/又は積極的なドープによって、光電変換層34中に含有させることができる。光電変換層34中において、I−III−VI族半導体の構成元素および/又は不純物には濃度分布があってもよく、n型、p型、およびi型等の半導体性の異なる複数の層領域が含まれていても構わない。
例えば、CIGS系においては、光電変換層34中のGa量に厚み方向の分布を持たせると、バンドギャップの幅/キャリアの移動度等を制御でき、光電変換効率を高く設計することができる。
The photoelectric conversion layer 34 contains impurities for obtaining a desired semiconductor conductivity type. Impurities can be contained in the photoelectric conversion layer 34 by diffusion from adjacent layers and / or active doping. In the photoelectric conversion layer 34, the constituent elements and / or impurities of the I-III-VI group semiconductor may have a concentration distribution, and a plurality of layer regions having different semiconductor properties such as n-type, p-type, and i-type May be included.
For example, in the CIGS system, when the Ga amount in the photoelectric conversion layer 34 has a distribution in the thickness direction, the band gap width / carrier mobility and the like can be controlled, and the photoelectric conversion efficiency can be designed high.

光電変換層34は、I−III−VI族半導体以外の1種又は2種以上の半導体を含んでいてもよい。I−III−VI族半導体以外の半導体としては、Si等のIVb族元素からなる半導体(IV族半導体)、GaAs等のIIIb族元素およびVb族元素からなる半導体(III−V族半導体)、およびCdTe等のIIb族元素およびVIb族元素からなる半導体(II−VI族半導体)等が挙げられる。光電変換層34には、特性に支障のない限りにおいて、半導体、所望の導電型とするための不純物以外の任意成分が含まれていても構わない。
また、光電変換層34中のI−III−VI族半導体の含有量は、特に制限されるものではない。光電変換層34中のI−III−VI族半導体の含有量は、75質量%以上が好ましく、95質量%以上がより好ましく、99質量%以上が特に好ましい。
The photoelectric conversion layer 34 may include one or more semiconductors other than the I-III-VI group semiconductor. As a semiconductor other than the I-III-VI group semiconductor, a semiconductor composed of a group IVb element such as Si (group IV semiconductor), a semiconductor composed of a group IIIb element such as GaAs and a group Vb element (group III-V semiconductor), and Examples thereof include semiconductors (II-VI group semiconductors) composed of IIb group elements such as CdTe and VIb group elements. The photoelectric conversion layer 34 may contain an optional component other than a semiconductor and impurities for obtaining a desired conductivity type as long as the characteristics are not hindered.
Further, the content of the I-III-VI group semiconductor in the photoelectric conversion layer 34 is not particularly limited. 75 mass% or more is preferable, as for content of the I-III-VI group semiconductor in the photoelectric converting layer 34, 95 mass% or more is more preferable, and 99 mass% or more is especially preferable.

なお、本実施形態においては、光電変換層34が、主成分(75質量%以上)がCdTeの化合物半導体で構成される場合、金属基材12は炭素鋼またはフェライト系ステンレス鋼により構成されることが好ましい。   In the present embodiment, when the photoelectric conversion layer 34 is composed of a compound semiconductor whose main component (75% by mass or more) is CdTe, the metal substrate 12 is composed of carbon steel or ferritic stainless steel. Is preferred.

CIGS層の成膜方法としては、1)多源同時蒸着法、2)セレン化法、3)スパッタ法、4)ハイブリッドスパッタ法、および5)メカノケミカルプロセス法等が知られている。   As CIGS layer deposition methods, 1) multi-source co-evaporation, 2) selenization, 3) sputtering, 4) hybrid sputtering, and 5) mechanochemical process are known.

1)多源同時蒸着法としては、
3段階法(J.R.Tuttle et.al,Mat.Res.Soc.Symp.Proc.,Vol.426(1996)p.143.等)と、ECグループの同時蒸着法(L.Stolt et al.:Proc.13th ECPVSEC(1995,Nice)1451.等)とが知られている。
前者の3段階法は、高真空中で最初にIn、Ga、及びSeを基板温度300℃で同時蒸着し、次に500〜560℃に昇温してCu及びSeを同時蒸着後、In、Ga、及びSeをさらに同時蒸着する方法である。後者のECグループの同時蒸着法は、蒸着初期にCu過剰CIGS、後半でIn過剰CIGSを蒸着する方法である。
1) As a multi-source simultaneous vapor deposition method,
Three-stage method (JRTuttle et.al, Mat.Res.Soc.Symp.Proc., Vol.426 (1996) p.143. Etc.) and EC group co-evaporation method (L. Stolt et al .: Proc. 13th ECPVSEC (1995, Nice) 1451, etc.).
In the former three-stage method, In, Ga, and Se are first co-deposited at a substrate temperature of 300 ° C. in a high vacuum, and then heated to 500 to 560 ° C., and Cu and Se are co-evaporated. In this method, Ga and Se are further vapor-deposited. The latter EC group simultaneous vapor deposition method is a method in which Cu-excess CIGS is vapor-deposited in the early stage of vapor deposition and In-rich CIGS is vapor-deposited in the latter half.

CIGS膜の結晶性を向上させるため、上記方法に改良を加えた方法として、
a)イオン化したGaを使用する方法(H.Miyazaki, et.al, phys.stat.sol.(a),Vol.203(2006)p.2603.等)、
b)クラッキングしたSeを使用する方法(第68回応用物理学会学術講演会 講演予稿
集(2007秋 北海道工業大学)7P−L−6等)、
c)ラジカル化したSeを用いる方法(第54回応用物理学会学術講演会 講演予稿集
(2007春 青山学院大学)29P−ZW−10等)、
d)光励起プロセスを利用した方法(第54回応用物理学会学術講演会 講演予稿集(2007春 青山学院大学)29P−ZW−14等)等が知られている。
In order to improve the crystallinity of the CIGS film, as a method of improving the above method,
a) a method using ionized Ga (H. Miyazaki, et.al, phys.stat.sol. (a), Vol.203 (2006) p.2603, etc.),
b) Method of using cracked Se (68th Japan Society of Applied Physics Academic Lecture Proceedings (Autumn 2007, Hokkaido Institute of Technology) 7P-L-6 etc.),
c) Method using radicalized Se (Proceedings of the 54th Japan Society of Applied Physics (Aoyama Gakuin University) 29P-ZW-10 etc.)
d) A method using a photoexcitation process (the 54th Japan Society of Applied Physics Academic Lecture Proceedings (Spring 2007 Aoyama Gakuin University) 29P-ZW-14 etc.) is known.

2)セレン化法は2段階法とも呼ばれ、最初にCu層/In層または(Cu−Ga)層/In層等の積層膜の金属プリカーサをスパッタ法、蒸着法、または電着法などで成膜し、これをセレン蒸気またはセレン化水素中で450〜550℃程度に加熱することにより、熱拡散反応によってCu(In1−xGa)Se等のセレン化合物を生成する方法である。この方法を気相セレン化法と呼ぶ。このほか、金属プリカーサ膜の上に固相セレンを堆積し、この固相セレンをセレン源とした固相拡散反応によりセレン化させる固相セレン化法がある。 2) The selenization method is also called a two-step method. First, a metal precursor of a laminated film such as a Cu layer / In layer or a (Cu—Ga) layer / In layer is formed by sputtering, vapor deposition, or electrodeposition. This is a method of forming a selenium compound such as Cu (In 1-x Ga x ) Se 2 by a thermal diffusion reaction by forming a film and heating it in selenium vapor or hydrogen selenide to about 450 to 550 ° C. . This method is called a vapor phase selenization method. In addition, there is a solid-phase selenization method in which solid-phase selenium is deposited on a metal precursor film and selenized by a solid-phase diffusion reaction using the solid-phase selenium as a selenium source.

セレン化法においては、セレン化の際に生ずる急激な体積膨張を回避するために、金属プリカーサ膜に予めセレンをある割合で混合しておく方法(T.Nakada et.al,, Solar Energy Materials and Solar Cells 35(1994)204-214.等)、及び金属薄層間にセレンを挟み(例えば、Cu層/In層/Se層…Cu層/In層/Se層と積層する)多層化プリカーサ膜を形成する方法(T.Nakada et.al,, Proc. of 10th European Photovoltaic Solar Energy Conference(1991)887-890. 等)が知られている。   In the selenization method, in order to avoid the rapid volume expansion that occurs during selenization, a method of previously mixing selenium in a metal precursor film at a certain ratio (T. Nakada et.al, Solar Energy Materials and Solar Cells 35 (1994) 204-214, etc.), and multilayer precursor film with selenium sandwiched between thin metal layers (for example, Cu layer / In layer / Se layer ... stacked with Cu layer / In layer / Se layer) (T. Nakada et.al, Proc. Of 10th European Photovoltaic Solar Energy Conference (1991) 887-890. Etc.) is known.

また、グレーデッドバンドギャップCIGS膜の成膜方法として、最初にCu−Ga合金膜を堆積し、その上にIn膜を堆積し、これをセレン化する際に、自然熱拡散を利用してGa濃度を膜厚方向で傾斜させる方法がある(K.Kushiya et.al, Tech.Digest 9th Photovoltaic Science and Engineering Conf. Miyazaki, 1996(Intn.PVSEC-9,Tokyo,1996)p.149.等)。   In addition, as a method for forming a graded band gap CIGS film, a Cu—Ga alloy film is first deposited, an In film is deposited thereon, and when this is selenized, natural thermal diffusion is used to form Ga. There is a method in which the concentration is inclined in the film thickness direction (K. Kushiya et.al, Tech.Digest 9th Photovoltaic Science and Engineering Conf. Miyazaki, 1996 (Intn. PVSEC-9, Tokyo, 1996) p.149.).

3)スパッタ法としては、
CuInSe多結晶をターゲットとした方法、CuSeとInSeをターゲットとし、スパッタガスにHSe/Ar混合ガスを用いる2源スパッタ法(J.H.Ermer,et.al, Proc.18th IEEE Photovoltaic SpecialistsConf.(1985)1655-1658.等)、および
Cuターゲットと、Inターゲットと、SeまたはCuSeターゲットとをArガス中でスパッタする3源スパッタ法(T.Nakada,et.al, Jpn.J.Appl.Phys.32(1993)L1169-L1172.等)が知られている。
3) As a sputtering method,
A method using CuInSe 2 polycrystal as a target, a two-source sputtering method using Cu 2 Se and In 2 Se 3 as a target and a H 2 Se / Ar mixed gas as a sputtering gas (JHErmer, et.al, Proc. 18th IEEE Photovoltaic Specialists Conf. (1985) 1655-1658. Etc.), and a three-source sputtering method in which a Cu target, an In target, and a Se or CuSe target are sputtered in Ar gas (T. Nakada, et.al, Jpn. J. Appl. Phys. 32 (1993) L1169-L1172.

4)ハイブリッドスパッタ法としては、前述のスパッタ法において、CuとIn金属は直流スパッタで、Seのみは蒸着とするハイブリッドスパッタ法(T.Nakada,et.al., Jpn.Appl.Phys.34(1995)4715-4721.等)が知られている。   4) As the hybrid sputtering method, in the sputtering method described above, Cu and In metal are DC sputtering, and only Se is vapor deposition (T. Nakada, et.al., Jpn.Appl.Phys.34 ( 1995) 4715-4721.

5)メカノケミカルプロセス法は、CIGSの組成に応じた原料を遊星ボールミルの容器に入れ、機械的なエネルギーによって原料を混合してCIGS粉末を得、その後、スクリーン印刷によって基板上に塗布し、アニールを施して、CIGSの膜を得る方法である(T.Wada et.al, Phys.stat.sol.(a), Vol.203(2006)p2593等)。   5) In the mechanochemical process method, raw materials corresponding to the CIGS composition are put into a planetary ball mill container, and the raw materials are mixed by mechanical energy to obtain CIGS powder, which is then applied onto the substrate by screen printing and annealed. To obtain a CIGS film (T. Wada et.al, Phys.stat.sol. (A), Vol.203 (2006) p2593, etc.).

その他のCIGS成膜法としては、スクリーン印刷法、近接昇華法、MOCVD法、及びスプレー法(ウェット成膜法)などが挙げられる。例えば、スクリーン印刷法(ウェット成膜法)またはスプレー法(ウェット成膜法)等で、Ib族元素、IIIb族元素、及びVIb族元素を含む微粒子膜を基板上に形成し、熱分解処理(この際、VIb族元素雰囲気での熱分解処理でもよい)を実施するなどにより、所望の組成の結晶を得ることができる(特開平9−74065号公報、特開平9−74213号公報等)。   Examples of other CIGS film formation methods include screen printing, proximity sublimation, MOCVD, and spray (wet film formation). For example, a fine particle film containing a group Ib element, a group IIIb element, and a group VIb element is formed on a substrate by a screen printing method (wet film forming method) or a spray method (wet film forming method), and then pyrolyzed ( At this time, a crystal having a desired composition can be obtained by performing a thermal decomposition treatment in a VIb group element atmosphere (JP-A-9-74065, JP-A-9-74213, etc.).

また、本実施形態においては、金属基材12と光電変換層34との熱膨張係数の差は、3×10−6/℃未満であることが好ましい。
光電変換層34として用いられる主たる化合物半導体の熱膨張係数は、III−V族系の代表であるGaAsで5.8×10−6/℃、II−VI族系の代表であるCdTeで4.5×10−6/℃、I−III−VI族系の代表であるCu(InGa)Seで10×10−6/℃である。
基板10上に光電変換層34として、化合物半導体を500℃以上の高温で成膜した後に室温にまで冷却する際、金属基材12との熱膨張差が大きいと、剥離等の成膜不良が生じる。また、金属基材12との熱膨張差に起因する化合物半導体内の強い内部応力により、光電変換層34の光電変換効率が低下する可能性がある。金属基材12と光電変換層34(化合物半導体)の熱膨張係数の差が3×10−6/℃未満であると、剥離等の成膜不良が生じにくくなり、好ましい。より好ましくは、熱膨張係数の差は、1×10−6/℃未満である。ここで、熱膨張係数、および熱膨張係数の差は、いずれも室温(23℃)の値である。
Moreover, in this embodiment, it is preferable that the difference of the thermal expansion coefficient of the metal base material 12 and the photoelectric converting layer 34 is less than 3 * 10 < -6 > / degreeC .
The thermal expansion coefficient of the main compound semiconductor used as the photoelectric conversion layer 34 is 5.8 × 10 −6 / ° C. for GaAs, which is representative of the III-V group, and 4. for CdTe, which is representative of the II-VI group. It is 5 × 10 −6 / ° C. and 10 × 10 −6 / ° C. for Cu (InGa) Se 2 which is a representative of the I-III-VI group.
When the compound semiconductor is formed as a photoelectric conversion layer 34 on the substrate 10 at a high temperature of 500 ° C. or higher and then cooled to room temperature, if the difference in thermal expansion from the metal substrate 12 is large, film formation defects such as peeling may occur. Arise. Moreover, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric converting layer 34 may fall by the strong internal stress in the compound semiconductor resulting from a thermal expansion difference with the metal base material 12. When the difference in thermal expansion coefficient between the metal substrate 12 and the photoelectric conversion layer 34 (compound semiconductor) is less than 3 × 10 −6 / ° C., film formation defects such as peeling are unlikely to occur, which is preferable. More preferably, the difference in thermal expansion coefficient is less than 1 × 10 −6 / ° C. Here, the thermal expansion coefficient and the difference between the thermal expansion coefficients are both room temperature (23 ° C.) values.

応力緩和層50は、光電変換素子40を構成する各層の剥離を防止するものである。
この応力緩和層50により、光電変換素子40を構成する各層を形成する場合、例えば、500℃以上の温度に加熱された後に、室温まで降温された場合、絶縁層16に発生する応力を緩和して、絶縁層16におけるクラックの発生、および絶縁層16とAl基材12との界面等での剥離の発生を抑制することができる。
The stress relaxation layer 50 prevents peeling of each layer constituting the photoelectric conversion element 40.
When the layers constituting the photoelectric conversion element 40 are formed by the stress relaxation layer 50, for example, when the temperature is lowered to room temperature after being heated to a temperature of 500 ° C. or higher, the stress generated in the insulating layer 16 is relaxed. Thus, generation of cracks in the insulating layer 16 and generation of peeling at the interface between the insulating layer 16 and the Al base 12 can be suppressed.

応力緩和層50は、熱膨張係数が、光電変換層34の熱膨張係数よりも小さく、かつ絶縁層16の熱膨張係数よりも大きいものであることが好ましい。また、光電変換素子40の光電変換層34の熱膨張係数と金属基板15の熱膨張係数とは、上述のように、差が小さいことが好ましい。
このため、応力緩和層50は、熱膨張係数が、基板10の絶縁層16の熱膨張係数と、光電変換素子40の光電変換層34の熱膨張係数および金属基板15の熱膨張係数との中間であることが好ましい。
The stress relaxation layer 50 preferably has a thermal expansion coefficient smaller than that of the photoelectric conversion layer 34 and larger than that of the insulating layer 16. Moreover, it is preferable that the difference between the thermal expansion coefficient of the photoelectric conversion layer 34 of the photoelectric conversion element 40 and the thermal expansion coefficient of the metal substrate 15 is small as described above.
Therefore, the stress relaxation layer 50 has a thermal expansion coefficient intermediate between the thermal expansion coefficient of the insulating layer 16 of the substrate 10, the thermal expansion coefficient of the photoelectric conversion layer 34 of the photoelectric conversion element 40, and the thermal expansion coefficient of the metal substrate 15. It is preferable that

金属基板15は、金属基材12とAl基材14とを有する構成であるが、この金属基板15の熱膨張係数は、2層の応力計算によって求めることが好ましい。また、予め、金属基板15を作製し、熱膨張係数を測定してもよい。
なお、金属基材12が鋼材で、かつその厚さがAl基材14に比して十分厚い場合、例えば、金属基材12がAl基材14よりも5倍以上厚い場合には、金属基材12の熱膨張係数を、金属基板15の熱膨張係数として用いることができる。
The metal substrate 15 is configured to include the metal base 12 and the Al base 14, but the thermal expansion coefficient of the metal substrate 15 is preferably obtained by two-layer stress calculation. Alternatively, the metal substrate 15 may be prepared in advance and the thermal expansion coefficient may be measured.
When the metal substrate 12 is a steel material and the thickness thereof is sufficiently thicker than that of the Al substrate 14, for example, when the metal substrate 12 is five times thicker than the Al substrate 14, the metal substrate 12 The thermal expansion coefficient of the material 12 can be used as the thermal expansion coefficient of the metal substrate 15.

応力緩和層50は、熱膨張係数が、基板10の絶縁層16の熱膨張係数と、光電変換素子40の光電変換層34の熱膨張係数および金属基板15の熱膨張係数との中間であれば、その組成は、特に限定されるものではなく、光電変換層34の組成に応じて、適宜選択されるものである。   If the thermal expansion coefficient of the stress relaxation layer 50 is intermediate between the thermal expansion coefficient of the insulating layer 16 of the substrate 10, the thermal expansion coefficient of the photoelectric conversion layer 34 of the photoelectric conversion element 40, and the thermal expansion coefficient of the metal substrate 15. The composition is not particularly limited, and is appropriately selected according to the composition of the photoelectric conversion layer 34.

なお、本願発明者は、化合物半導体層と熱膨張係数を合わせるように選択された合金鋼板(金属基材12)のAl基材14に形成された陽極酸化膜は、300℃程度に加熱されてもクラックが発生しないことを確認している。しかしながら、上記陽極酸化膜は、500℃以上に加熱した場合、陽極酸化膜にクラックが発生すること、陽極酸化膜と裏面電極の間または化合物半導体層の間で剥離が発生することを確認している。
300℃以上の高温において、基板10のAl基材14に形成された絶縁層(陽極酸化膜)にクラックが生じ、その上部に形成された裏面電極および光電変換層(化合物半導体膜)との間で剥離が発生する原因は、陽極酸化膜の熱膨張係数が5×10−6/℃と、合金鋼板(金属基材12)とAl基材とのクラッド材の熱膨張係数(10×10−6/℃)、光電変換層であるCIGS層の熱膨張係数(10×10−6/℃)に対して差が有るためと考えられる。
また、熱膨張係数の差によるクラックの発生、剥離の発生は、特に酸化物層で起こりやすい。同じく熱膨張係数が小さい裏面電極は、金属で構成されているため延性があり、酸化物膜に比べ応力に対する耐性が高いため、剥離が発生しないと考えられる。
In addition, the inventor of the present application has heated the anodic oxide film formed on the Al base 14 of the alloy steel plate (metal base 12) selected so as to match the thermal expansion coefficient with the compound semiconductor layer to about 300 ° C. It has also been confirmed that no cracks occur. However, when the anodic oxide film is heated to 500 ° C. or higher, it is confirmed that cracks occur in the anodic oxide film and that peeling occurs between the anodic oxide film and the back electrode or between the compound semiconductor layers. Yes.
At a high temperature of 300 ° C. or higher, a crack occurs in the insulating layer (anodized film) formed on the Al base 14 of the substrate 10, and there is a gap between the back electrode and the photoelectric conversion layer (compound semiconductor film) formed thereon. The reason why peeling occurs is that the thermal expansion coefficient of the anodized film is 5 × 10 −6 / ° C., and the thermal expansion coefficient of the clad material of the alloy steel plate (metal base 12) and the Al base (10 × 10 − 6 / ° C.), and it is considered that there is a difference with respect to the thermal expansion coefficient (10 × 10 −6 / ° C.) of the CIGS layer which is a photoelectric conversion layer.
Moreover, the generation of cracks due to the difference in thermal expansion coefficient and the occurrence of peeling are particularly likely to occur in the oxide layer. Similarly, the back electrode having a small coefficient of thermal expansion is ductile because it is made of metal, and it is considered that peeling does not occur because it has higher resistance to stress than an oxide film.

応力緩和層50を設けることにより、光電変換素子40を構成する各層の製造プロセスにおいて加熱、および室温までの降温された場合、絶縁層16に応力が発生しても、その発生した応力が応力緩和層50により緩和されて絶縁層16のクラックの発生、絶縁層16と裏面電極との間等の剥離の発生が抑制される。   By providing the stress relaxation layer 50, even when stress is generated in the insulating layer 16 in the manufacturing process of each layer constituting the photoelectric conversion element 40 and when the temperature is lowered to room temperature, the generated stress is reduced. The generation of cracks in the insulating layer 16 and the occurrence of peeling between the insulating layer 16 and the back electrode are suppressed by being relaxed by the layer 50.

応力緩和層50は、基板10の絶縁特性を向上させること、および絶縁層16との密着性の観点から、酸化物で構成することが好ましい。
酸化物としては、TiO(9.0×10−6/℃)、ZrO(7.6×10−6/℃)、HfO(6.5×10−6/℃)、Al(8.4×10−6/℃)を用いることができる。
The stress relaxation layer 50 is preferably made of an oxide from the viewpoint of improving the insulating characteristics of the substrate 10 and the adhesion to the insulating layer 16.
As oxides, TiO 2 (9.0 × 10 −6 / ° C.), ZrO 2 (7.6 × 10 −6 / ° C.), HfO 2 (6.5 × 10 −6 / ° C.), Al 2 O 3 (8.4 × 10 −6 / ° C.) can be used.

また、応力緩和層50は、窒化物で構成してもよい。この場合、窒化物としては、TiN(9.4×10−6/℃)、ZrN(7.2×10−6/℃)、BN(6.4×10−6/℃)、AlN(5.7×10−6/℃)を用いることができる。窒化物を用いても、基板10の絶縁特性を向上させることができる。
なお、応力緩和層50は、熱膨張係数が、基板10の絶縁層16の熱膨張係数と、光電変換素子40の光電変換層34の熱膨張係数および金属基板15の熱膨張係数との中間であれば、金属または合金で構成してもよいことはもちろんである。
The stress relaxation layer 50 may be made of nitride. In this case, the nitride, TiN (9.4 × 10 -6 /℃),ZrN(7.2×10 -6 /℃),BN(6.4×10 -6 / ℃), AlN (5 7 × 10 −6 / ° C.). Even if nitride is used, the insulating properties of the substrate 10 can be improved.
The stress relaxation layer 50 has a thermal expansion coefficient between the thermal expansion coefficient of the insulating layer 16 of the substrate 10, the thermal expansion coefficient of the photoelectric conversion layer 34 of the photoelectric conversion element 40, and the thermal expansion coefficient of the metal substrate 15. Of course, it may be made of metal or alloy.

ここで、アルカリ金属(Na)が光電変換層34に拡散されると光電変換効率が高くなることが報告されている。このため、応力緩和層50は、Na供給層(アルカリ供給層)として機能し、光電変換層34(CIGS層)にアルカリ金属(Na)を拡散させるものでもよい。このため、応力緩和層50は、アルカリ金属を含むものであることが好ましい。例えば、応力緩和層50は、酸化ケイ素を主成分とし、かつナトリウム酸化物を含む化合物、例えば、青板ガラス(ソーダライムガラス)などのケイ酸塩ガラスにより構成される。   Here, it is reported that the photoelectric conversion efficiency increases when alkali metal (Na) is diffused into the photoelectric conversion layer 34. For this reason, the stress relaxation layer 50 may function as a Na supply layer (alkali supply layer), and may diffuse the alkali metal (Na) into the photoelectric conversion layer 34 (CIGS layer). For this reason, it is preferable that the stress relaxation layer 50 contains an alkali metal. For example, the stress relaxation layer 50 is made of a compound containing silicon oxide as a main component and containing sodium oxide, for example, silicate glass such as blue plate glass (soda lime glass).

応力緩和層50としては、具体的には、青板ガラス(ソーダライムガラス)を用いることができる。
ここで、青板ガラス(ソーダライムガラス)の熱膨張係数は、8〜9.5×10−6/℃である。この青板ガラス(ソーダライムガラス)の熱膨張係数は、基板10の絶縁層16の熱膨張係数と、光電変換素子40の光電変換層34の熱膨張係数および金属基板15の熱膨張係数との中間にあるため好ましい。
さらには、応力緩和層50として、青板ガラス(ソーダライムガラス)を用いた場合、良好な絶縁性を有するために好ましい。
Specifically, as the stress relaxation layer 50, blue plate glass (soda lime glass) can be used.
Here, the thermal expansion coefficient of blue plate glass (soda lime glass) is 8 to 9.5 × 10 −6 / ° C. The thermal expansion coefficient of the blue plate glass (soda lime glass) is intermediate between the thermal expansion coefficient of the insulating layer 16 of the substrate 10, the thermal expansion coefficient of the photoelectric conversion layer 34 of the photoelectric conversion element 40, and the thermal expansion coefficient of the metal substrate 15. Therefore, it is preferable.
Furthermore, when a blue plate glass (soda lime glass) is used as the stress relaxation layer 50, it is preferable because it has good insulating properties.

なお、本実施形態においては、応力緩和層50に、アルカリ金属を光電変換層34に拡散する機能を持たせることなく、例えば、アルカリ金属を含有する層を、裏面電極32上に蒸着法またはスパッタ法によって形成してもよい。また、裏面電極32上に、In、CuおよびGa金属元素を含有成分としたプリカーサを形成した後、このプリカーサに対して、例えば、モリブデン酸ナトリウムを含有した水溶液を付着させて層を形成してもよい。
さらには、裏面電極32の内部に、NaS、NaSe、NaCl、NaF、およびモリブデン酸ナトリウム塩等の1種または2種以上のアルカリ金属化合物を含む層を設ける構成として、アルカリ金属を光電変換層34に供給するようにしてもよい。
In the present embodiment, the stress relaxation layer 50 is not provided with a function of diffusing alkali metal into the photoelectric conversion layer 34. For example, a layer containing alkali metal is deposited on the back electrode 32 by vapor deposition or sputtering. You may form by a method. Further, after forming a precursor containing In, Cu and Ga metal elements as components on the back electrode 32, an aqueous solution containing, for example, sodium molybdate is attached to the precursor to form a layer. Also good.
Furthermore, as a configuration in which a layer containing one or more alkali metal compounds such as Na 2 S, Na 2 Se, NaCl, NaF, and sodium molybdate is provided inside the back electrode 32, an alkali metal is used. You may make it supply to the photoelectric converting layer 34. FIG.

また、応力緩和層50は、1層構造に限定されるものではなく、2層構造であってもよい。この場合、基板10側の層を、第1の応力緩和層とし、その上の層を第2の応力緩和層とすると、第1の応力緩和層は、第2の応力緩和層よりも熱膨張係数が小さいもので構成する。
この場合、絶縁層16、第1の応力緩和層、第2の応力緩和層、光電変換層34の熱膨張係数の関係は、以下のようになる。
絶縁層16の熱膨張係数<第1の応力緩和層の熱膨張係数<第2の応力緩和層の熱膨張係数<光電変換層34の熱膨張係数
The stress relaxation layer 50 is not limited to a single layer structure, and may have a two layer structure. In this case, if the layer on the substrate 10 side is the first stress relaxation layer and the layer above it is the second stress relaxation layer, the first stress relaxation layer has a thermal expansion higher than that of the second stress relaxation layer. Consists of small coefficients.
In this case, the relationship among the thermal expansion coefficients of the insulating layer 16, the first stress relaxation layer, the second stress relaxation layer, and the photoelectric conversion layer 34 is as follows.
Thermal expansion coefficient of insulating layer 16 <thermal expansion coefficient of first stress relaxation layer <thermal expansion coefficient of second stress relaxation layer <thermal expansion coefficient of photoelectric conversion layer 34

応力緩和層50が2層構造である場合、光電変換層34がCIGS系の半導体化合物で構成される場合には、基板10側の第1の応力緩和層は、ZrN、AlN、BN、Al、またはZrOで構成されることが好ましく、第2の応力緩和層は、酸化ケイ素を主成分とし、かつナトリウム酸化物を含む化合物、例えば、青板ガラス(ソーダライムガラス)などのケイ酸塩ガラスにより構成されることが好ましい。
また、応力緩和層50の厚さは、1層でも多層でも、10nm〜400nmであることが好ましく、より好ましくは、50nm〜200nmである。
When the stress relaxation layer 50 has a two-layer structure, when the photoelectric conversion layer 34 is made of a CIGS semiconductor compound, the first stress relaxation layer on the substrate 10 side is ZrN, AlN, BN, Al 2. It is preferable that the second stress relaxation layer is composed of O 3 or ZrO 2 , and the second stress relaxation layer is a compound containing silicon oxide as a main component and containing sodium oxide, for example, silicic acid such as blue plate glass (soda lime glass). It is preferable to be comprised with salt glass.
Further, the thickness of the stress relaxation layer 50 is preferably 10 nm to 400 nm, more preferably 50 nm to 200 nm, whether it is a single layer or a multilayer.

次に、本実施形態の薄膜太陽電池30の製造方法について説明する。
まず、上述のようにして形成された基板10を用意する。
次に、基板10の絶縁層16の表面16aに、応力緩和層50として、例えば、TiO膜を、成膜装置を用いてスパッタ法により形成する。
次に、応力緩和層50の表面50aに裏面電極32となるモリブデン膜を、例えば、成膜装置を用いて、スパッタ法により形成する。
次に、モリブデン膜を、例えば、レーザースクライブ法を用いて第1の位置をスクライブして、基板10の幅方向に伸びた分離溝(P1)33を形成する。これにより、分離溝(P1)33により互いに分離された裏面電極32が形成される。
Next, the manufacturing method of the thin film solar cell 30 of this embodiment is demonstrated.
First, the substrate 10 formed as described above is prepared.
Next, for example, a TiO 2 film is formed as a stress relaxation layer 50 on the surface 16a of the insulating layer 16 of the substrate 10 by a sputtering method using a film forming apparatus.
Next, a molybdenum film to be the back electrode 32 is formed on the surface 50a of the stress relaxation layer 50 by, for example, a sputtering method using a film forming apparatus.
Next, the molybdenum film is scribed at a first position using, for example, a laser scribing method to form a separation groove (P1) 33 extending in the width direction of the substrate 10. Thereby, the back surface electrodes 32 separated from each other by the separation groove (P1) 33 are formed.

次に、裏面電極32を覆い、かつ分離溝(P1)33を埋めるように、光電変換層34(p型半導体層)となる、例えば、CIGS層を上述のいずれかの成膜方法により、成膜装置を用いて形成する。
次に、CIGS層上にバッファ層36となるCdS層(n型半導体層)を、例えば、CBD(ケミカルバス)法により形成する。これにより、pn接合半導体層が構成される。
次に、レーザースクライブ法を用いて分離溝(P1)33の第1の位置とは異なる第2の位置をスクライブして、基板10の幅方向に伸びた、裏面電極32にまで達する溝(P2)37を形成する。
Next, for example, a CIGS layer that becomes the photoelectric conversion layer 34 (p-type semiconductor layer) is formed by any one of the above-described film formation methods so as to cover the back electrode 32 and fill the separation groove (P1) 33. It forms using a membrane apparatus.
Next, a CdS layer (n-type semiconductor layer) to be the buffer layer 36 is formed on the CIGS layer by, for example, a CBD (chemical bath) method. Thereby, a pn junction semiconductor layer is formed.
Next, a second position different from the first position of the separation groove (P1) 33 is scribed using a laser scribing method, and extends to the back surface electrode 32 extending in the width direction of the substrate 10 (P2). ) 37 is formed.

次に、バッファ層36上に、溝(P2)37を埋めるように、透明電極38となる、例えば、Al、B、Ga、Sb等が添加されたZnO層を、成膜装置を用いて、スパッタ法または塗布法により形成する。
次に、レーザースクライブ法を用いて分離溝(P1)33の第1の位置および溝(P2)37の第2の位置とは異なる第3の位置をスクライブして、基板10の幅方向に伸びた、裏面電極32にまで達する開口溝(P3)39を形成する。こうして、基板10、および応力緩和層50の積層体上に、複数の発電セル54を形成し、発電層56を形成する。
Next, a ZnO layer to which, for example, Al, B, Ga, Sb or the like to be the transparent electrode 38 is added so as to fill the groove (P2) 37 on the buffer layer 36 is formed using a film formation apparatus. It is formed by sputtering or coating.
Next, a third position different from the first position of the separation groove (P1) 33 and the second position of the groove (P2) 37 is scribed using a laser scribing method, and extends in the width direction of the substrate 10. Further, an opening groove (P3) 39 reaching the back electrode 32 is formed. Thus, the plurality of power generation cells 54 are formed on the laminate of the substrate 10 and the stress relaxation layer 50, and the power generation layer 56 is formed.

次に、基板10の長手方向Lにおける左右側の端の裏面電極32上に形成された各光電変換素子40を、例えば、レーザースクライブまたはメカニカルスクラブにより取り除いて、裏面電極32を表出させる。次に、右側の端の裏面電極32上に第1の導電部材42を、左側の端の裏面電極32上に第2の導電部材44を、例えば、超音波半田を用いて接続する。
これにより、図1に示すように、複数の光電変換素子40が電気的に直列に接続された薄膜太陽電池30を製造することができる。
Next, the respective photoelectric conversion elements 40 formed on the left and right end electrodes 32 in the longitudinal direction L of the substrate 10 are removed by, for example, laser scribing or mechanical scrubbing to expose the back electrode 32. Next, the first conductive member 42 is connected to the back electrode 32 at the right end, and the second conductive member 44 is connected to the back electrode 32 at the left end using, for example, ultrasonic soldering.
Thereby, as shown in FIG. 1, the thin film solar cell 30 to which the some photoelectric conversion element 40 was electrically connected in series can be manufactured.

次いで、得られた薄膜太陽電池30の表面側に封止接着層(図示せず)、水蒸気バリア層(図示せず)および表面保護層(図示せず)を配置し、薄膜太陽電池30の裏面側、すなわち、基板10の裏面側に封止接着層(図示せず)およびバックシート(図示せず)を配置して、例えば、真空ラミネート法によりラミネート加工してこれらを一体化する。これにより、薄膜太陽電池モジュールを得ることができる。   Next, a sealing adhesive layer (not shown), a water vapor barrier layer (not shown) and a surface protective layer (not shown) are arranged on the surface side of the obtained thin film solar cell 30, and the back surface of the thin film solar cell 30. A sealing adhesive layer (not shown) and a back sheet (not shown) are arranged on the side, that is, the back side of the substrate 10, and are laminated by, for example, a vacuum laminating method. Thereby, a thin film solar cell module can be obtained.

本実施形態においては、応力緩和層50を設けることにより、薄膜太陽電池を構成する裏面電極、CIGS層(光電変換層)、CdSバッファ層、ZnO層、透明電極等を形成する場合、500℃以上の高温に昇温された後、室温まで降温されても、形成される各層の熱膨張係数の違いにより発生する応力を緩和することができ、光電変換素子40を構成する各層の剥離を抑制することができる。特に、絶縁層16に発生する応力を緩和して、絶縁層16のクラックの発生、および絶縁層16を起点とする剥離の発生を抑制することができる。   In the present embodiment, when the stress relaxation layer 50 is provided to form a back electrode, a CIGS layer (photoelectric conversion layer), a CdS buffer layer, a ZnO layer, a transparent electrode, etc. constituting the thin film solar cell, 500 ° C. or higher. Even after the temperature is raised to room temperature, even if the temperature is lowered to room temperature, the stress generated due to the difference in the thermal expansion coefficient of each layer can be relaxed, and peeling of each layer constituting the photoelectric conversion element 40 is suppressed. be able to. In particular, the stress generated in the insulating layer 16 can be relaxed, and the generation of cracks in the insulating layer 16 and the occurrence of peeling starting from the insulating layer 16 can be suppressed.

また、本実施形態においては、上述のように基板10を、金属基材12とAl基材14とが積層されて一体化された金属基板15およびこの金属基板15のAl基材14の表面14aに形成された絶縁層16を備える絶縁層付基板とすることにより、例えば、温度500℃以上の成膜工程を経ても高い絶縁性および高い強度を維持することができ、温度が500℃以上の高温での製造工程が可能である。このため、500℃以上で光電変換層として化合物半導体を形成することができる。光電変換層を構成する化合物半導体は、高温で形成した方が、光電変換特性を向上させることができるため、これにより、光電変換特性を向上させた光電変換層34を有する光電変換素子40を製造することができる。
しかも、温度が500℃以上の高温での製造工程が可能であるため、製造時のハンドリング等に制限をなくすことが可能となる。
In the present embodiment, as described above, the substrate 10 is combined with the metal substrate 15 in which the metal base 12 and the Al base 14 are laminated and the surface 14a of the Al base 14 of the metal substrate 15. By using the substrate with an insulating layer provided with the insulating layer 16 formed in the above, for example, high insulation and high strength can be maintained even after a film forming process at a temperature of 500 ° C. or higher, and the temperature is 500 ° C. or higher. A manufacturing process at a high temperature is possible. For this reason, a compound semiconductor can be formed as a photoelectric conversion layer at 500 ° C. or higher. Since the compound semiconductor constituting the photoelectric conversion layer can be improved in photoelectric conversion characteristics when formed at a high temperature, the photoelectric conversion element 40 having the photoelectric conversion layer 34 with improved photoelectric conversion characteristics is thereby manufactured. can do.
In addition, since the manufacturing process can be performed at a high temperature of 500 ° C. or higher, it is possible to eliminate restrictions on handling during manufacturing.

さらに、本実施形態においては、絶縁層16が形成されており、更に応力緩和層50を酸化物または窒化物で構成することにより、更に基板10の絶縁性(耐電圧特性)を更に向上させることができる。しかも、上述のように、基板10は耐熱性に優れる。これにより、耐久性および保存寿命に優れた薄膜太陽電池30を得ることができる。このため、太陽電池サブモジュールや薄膜太陽電池モジュールについても耐久性および保存寿命が優れる。
さらに、本実施形態においては、応力緩和層50をアルカリ金属を含むもので構成する場合、応力緩和層50がアルカリ金属の供給源としての機能を果たす。これにより、光電変換層34の形成中に、アルカリ金属を光電変換層34に拡散させることができ、光電変換効率を向上させることができる。この場合、光電変換層の成膜工程は、より高温であることが要求されるものの、上述のように基板10は、高温耐性があるため、アルカリ金属を光電変換層に拡散させることができる。
Furthermore, in the present embodiment, the insulating layer 16 is formed, and further, the stress relaxation layer 50 is made of oxide or nitride, thereby further improving the insulating property (voltage resistance characteristic) of the substrate 10. Can do. Moreover, as described above, the substrate 10 is excellent in heat resistance. Thereby, the thin film solar cell 30 excellent in durability and a shelf life can be obtained. For this reason, durability and a shelf life are excellent also about a solar cell submodule and a thin film solar cell module.
Furthermore, in the present embodiment, when the stress relaxation layer 50 includes an alkali metal, the stress relaxation layer 50 functions as an alkali metal supply source. Thereby, during formation of the photoelectric conversion layer 34, an alkali metal can be diffused in the photoelectric conversion layer 34, and a photoelectric conversion efficiency can be improved. In this case, although the film-forming process of the photoelectric conversion layer is required to have a higher temperature, the substrate 10 has high-temperature resistance as described above, and therefore, an alkali metal can be diffused into the photoelectric conversion layer.

また、本実施形態においては、基板10は、ロール・ツー・ロール方式で製造されるものであり、可撓性を有する。このため、光電変換素子40、薄膜太陽電池30も、例えば、基板10を長手方向Lに搬送しつつ、ロール・ツー・ロール方式で製造することができる。このように、薄膜太陽電池30を安価なロール・ツー・ロール方式で製造することができるため、薄膜太陽電池30の製造コスト低くすることができる。これにより、太陽電池サブモジュールや薄膜太陽電池モジュールのコストを低くすることができる。   Moreover, in this embodiment, the board | substrate 10 is manufactured by a roll-to-roll system, and has flexibility. For this reason, the photoelectric conversion element 40 and the thin film solar cell 30 can also be manufactured by a roll-to-roll method, for example, conveying the board | substrate 10 to the longitudinal direction L. Thus, since the thin film solar cell 30 can be manufactured by an inexpensive roll-to-roll method, the manufacturing cost of the thin film solar cell 30 can be reduced. Thereby, the cost of a solar cell submodule or a thin film solar cell module can be reduced.

本発明は、基本的に以上のようなものである。以上、本発明の光電変換素子、薄膜太陽電池および光電変換素子の製造方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良または変更をしてもよいのはもちろんである。   The present invention is basically as described above. As mentioned above, although the manufacturing method of the photoelectric conversion element of this invention, the thin film solar cell, and the photoelectric conversion element was demonstrated in detail, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the main point of this invention, it is various improvement. Of course, changes may be made.

以下、本発明の光電変換素子の実験例について具体的に説明する。
本実験例では、以下に示す実験例1〜7を作成し、層構成による効果の違いを検討した。
Hereinafter, experimental examples of the photoelectric conversion element of the present invention will be specifically described.
In this experimental example, Experimental Examples 1 to 7 shown below were created, and the difference in effect due to the layer configuration was examined.

(実験例1)
市販のフェライト系ステンレス鋼材(材質SUS430、熱膨張係数10.5×10−6/℃)と、純度が4Nの高純度のアルミニウム材(以下、Al材という)とを用いて、冷間圧延法により加圧接合、減厚することにより、フェライト系ステンレス鋼材の厚さが50μm、Al材の厚さが30μmの3層のクラッド材を形成し、金属基板を得た。この金属基板の構成は、Al材(30μm)/フェライト系ステンレス鋼材(50μm)/Al材(30μm)である。
この金属基板に対して、金属基板のステンレス鋼面と端面をマスキングフィルムで被覆した。その後、エタノールを用いて超音波洗浄し、酢酸+過塩素酸溶液を用いて電解研磨した後、80g/Lシュウ酸溶液中で40Vの定電圧電解することにより、絶縁層として厚さが10μmの陽極酸化膜をAl材の表面に形成した。陽極酸化処理後のAl材の厚さは15μmであった。以上の工程により、陽極酸化膜(10μm)/Al材(15μm)/フェライト系ステンレス鋼材(50μm)/Al材(15μm)/陽極酸化膜(10μm)という構造の絶縁層付基板を得た。
次に、この絶縁層付基板の片面に応力緩和層として、RFスパッタリング法により、熱膨張係数が7〜8×10−6/℃の青板ガラス(ソーダライムガラス、SLG)を200nmの厚さに成膜した。これを実験例1とした。
(Experimental example 1)
Cold rolling method using commercially available ferritic stainless steel material (material SUS430, coefficient of thermal expansion 10.5 × 10 −6 / ° C.) and high purity aluminum material (hereinafter referred to as Al material) having a purity of 4N By applying pressure bonding and reducing the thickness, a three-layer clad material having a ferritic stainless steel material thickness of 50 μm and an Al material thickness of 30 μm was formed to obtain a metal substrate. The configuration of this metal substrate is Al material (30 μm) / ferritic stainless steel material (50 μm) / Al material (30 μm).
With respect to this metal substrate, the stainless steel surface and end surface of the metal substrate were covered with a masking film. Then, after ultrasonic cleaning with ethanol, electropolishing with acetic acid + perchloric acid solution, electrolysis with constant voltage of 40 V in an 80 g / L oxalic acid solution, the thickness of the insulating layer is 10 μm. An anodized film was formed on the surface of the Al material. The thickness of the Al material after the anodizing treatment was 15 μm. The substrate with an insulating layer having the structure of anodized film (10 μm) / Al material (15 μm) / ferritic stainless steel material (50 μm) / Al material (15 μm) / anodized film (10 μm) was obtained by the above process.
Next, a blue plate glass (soda lime glass, SLG) having a thermal expansion coefficient of 7 to 8 × 10 −6 / ° C. is formed to a thickness of 200 nm by RF sputtering as a stress relaxation layer on one surface of the substrate with an insulating layer. A film was formed. This was designated as Experimental Example 1.

(実験例2)
実験例1と同じ絶縁層付金属基板を用い、さらにこの絶縁層付金属基板の片面に応力緩和層として、反応性スパッタリング法により熱膨張係数が8.4×10−6/℃であるアルミナ(Al)を200nmの厚さに成膜した。これを実験例2とした。
(Experimental example 2)
Using the same metal substrate with an insulating layer as in Experimental Example 1, and further using as a stress relaxation layer on one side of the metal substrate with an insulating layer, alumina having a thermal expansion coefficient of 8.4 × 10 −6 / ° C. by reactive sputtering. Al 2 O 3 ) was deposited to a thickness of 200 nm. This was designated as experimental example 2.

(実験例3)
実験例1と同じ絶縁層付金属基板を用い、さらにこの絶縁層付金属基板の片面に応力緩和層を2層、以下のように形成した。まず、応力緩和層の第1の層として、絶縁層付金属基板上に反応性スパッタリング法により、熱膨張係数が5.7×10−6/℃である窒化アルミ(AlN)を100nmの厚さに成膜した。さらに、この第1の層上に、応力緩和層の第2の層として、RFスパッタリング法により、熱膨張係数が7〜8×10−6/℃の青板ガラスを100nmの厚さに成膜した。これを実験例3とした。
(Experimental example 3)
The same metal substrate with an insulating layer as in Experimental Example 1 was used, and two stress relaxation layers were formed on one side of the metal substrate with an insulating layer as follows. First, as a first layer of a stress relaxation layer, aluminum nitride (AlN) having a thermal expansion coefficient of 5.7 × 10 −6 / ° C. is formed to a thickness of 100 nm on a metal substrate with an insulating layer by reactive sputtering. A film was formed. Further, a blue plate glass having a thermal expansion coefficient of 7 to 8 × 10 −6 / ° C. was formed to a thickness of 100 nm as a second layer of the stress relaxation layer on the first layer by RF sputtering. . This was designated as Experimental Example 3.

(実験例4)
実験例1と同じ絶縁層付金属基板を用い、さらにこの絶縁層付金属基板の片面に応力緩和層を2層、以下のように形成した。まず、応力緩和層の第1の層として、絶縁層付金属基板上にRFスパッタリング法により、熱膨張係数が7〜8×10−6/℃の青板ガラスを100nmの厚さに成膜した。さらに、この第1の層上に、応力緩和層の第2の層として、反応性スパッタリング法により熱膨張係数が9.0×10−6/℃である酸化チタン(TiO)を100nmの厚さに成膜した。これを実験例4とした。
(Experimental example 4)
The same metal substrate with an insulating layer as in Experimental Example 1 was used, and two stress relaxation layers were formed on one side of the metal substrate with an insulating layer as follows. First, blue plate glass having a thermal expansion coefficient of 7 to 8 × 10 −6 / ° C. was formed to a thickness of 100 nm on a metal substrate with an insulating layer as a first layer of a stress relaxation layer by RF sputtering. Further, on the first layer, titanium oxide (TiO 2 ) having a thermal expansion coefficient of 9.0 × 10 −6 / ° C. is formed to a thickness of 100 nm by reactive sputtering as a second layer of the stress relaxation layer. A film was formed. This was designated as Experimental Example 4.

(実験例5)
市販のコバール合金材(熱膨張係数が5×10−6/℃)と、純度が4Nの高純度Al材を冷間圧延法により加圧接合、減厚することにより、コバール合金材の厚さが50μm、Al材の厚さが30μmの3層クラッド材を作製し、これを金属基板とした。金属基板の構成は、Al基材(30μm)/コバール合金材(50μm)/Al基材(30μm)である。
この金属基板に対して、金属基板のコバール合金面と端面をマスキングフィルムで被覆し、エタノールで超音波洗浄、酢酸+過塩素酸溶液で電界研磨した後、80g/Lシュウ酸溶液中で40Vの定電圧電解することにより、絶縁層として厚さが10μmの陽極酸化膜をAl材表面に形成した。陽極酸化処理後のAl材の厚さは15μmであった。以上の工程により、陽極酸化膜(10μm)/Al材(15μm)/コバール合金材(50μm)/Al材(15μm)/陽極酸化膜(10μm)という構造の絶縁層付基板を得た。さらにこの絶縁層付金属基板の片面に応力緩和層として、RFスパッタリング法により、熱膨張係数が7〜8×10−6/℃の青板ガラスを200nmの厚さに成膜した。これを実験例5とした。
(Experimental example 5)
The thickness of the Kovar alloy material is obtained by pressure bonding and reducing the thickness of a commercially available Kovar alloy material (thermal expansion coefficient 5 × 10 −6 / ° C.) and a high purity Al material having a purity of 4N by cold rolling. A three-layer clad material having a thickness of 50 μm and an Al material thickness of 30 μm was prepared and used as a metal substrate. The structure of the metal substrate is Al base material (30 μm) / Kovar alloy material (50 μm) / Al base material (30 μm).
This metal substrate was coated with a masking film on the Kovar alloy surface and end surface of the metal substrate, ultrasonically cleaned with ethanol, electropolished with an acetic acid + perchloric acid solution, and then 40 V in an 80 g / L oxalic acid solution. By performing constant voltage electrolysis, an anodic oxide film having a thickness of 10 μm was formed on the surface of the Al material as an insulating layer. The thickness of the Al material after the anodizing treatment was 15 μm. The substrate with an insulating layer having the structure of anodized film (10 μm) / Al material (15 μm) / Kovar alloy material (50 μm) / Al material (15 μm) / anodized film (10 μm) was obtained by the above process. Further, a blue plate glass having a thermal expansion coefficient of 7 to 8 × 10 −6 / ° C. was formed in a thickness of 200 nm on one side of the metal substrate with an insulating layer as a stress relaxation layer by RF sputtering. This was designated as Experimental Example 5.

(実験例6)
市販のオーステナイト系ステンレス鋼材(材質SUS304、熱膨張係数17×10−6/℃)と、純度が4Nの高純度のアルミニウム材とを用いて、冷間圧延法により加圧接合、減厚することにより、オーステナイト系ステンレス鋼材の厚さが50μm、Al材の厚さが30μmの3層のクラッド材を形成し、金属基板を得た。この金属基板の構成は、Al材(30μm)/オーステナイト系ステンレス鋼材(50μm)/Al材(30μm)である。
この金属基板に対して、金属基板のステンレス鋼面と端面をマスキングフィルムで被覆した。その後、エタノールで超音波洗浄し、酢酸+過塩素酸溶液で電解研磨した後、80g/Lシュウ酸溶液中で40Vの定電圧電解することにより、絶縁層として厚さが10μmの陽極酸化膜をAl材の表面に形成した。陽極酸化処理後のAl基材の厚さは15μmであった。以上の工程により、陽極酸化膜(10μm)/Al材(15μm)/オーステナイト系ステンレス鋼材(50μm)/Al材(15μm)/陽極酸化膜(10μm)という構造の絶縁層付基板を得た。
さらに、この絶縁層付金属基板の片面に応力緩和層として、RFスパッタリング法により、熱膨張係数が7〜8×10−6/℃の青板ガラスを200nmの厚さに成膜した。これを実験例6とした。
(Experimental example 6)
Using a commercially available austenitic stainless steel material (material SUS304, coefficient of thermal expansion of 17 × 10 −6 / ° C.) and a high purity aluminum material with a purity of 4N, press bonding and reducing the thickness by cold rolling. Thus, a three-layer clad material having an austenitic stainless steel material thickness of 50 μm and an Al material thickness of 30 μm was formed to obtain a metal substrate. The structure of this metal substrate is Al material (30 μm) / austenite stainless steel material (50 μm) / Al material (30 μm).
With respect to this metal substrate, the stainless steel surface and end surface of the metal substrate were covered with a masking film. Then, after ultrasonic cleaning with ethanol, electropolishing with acetic acid + perchloric acid solution, electrolysis with constant voltage of 40 V in 80 g / L oxalic acid solution, an anodic oxide film having a thickness of 10 μm is formed as an insulating layer. It formed on the surface of Al material. The thickness of the Al base material after the anodizing treatment was 15 μm. The substrate with an insulating layer having the structure of anodic oxide film (10 μm) / Al material (15 μm) / austenitic stainless steel material (50 μm) / Al material (15 μm) / anodized film (10 μm) was obtained by the above steps.
Furthermore, a blue plate glass having a thermal expansion coefficient of 7 to 8 × 10 −6 / ° C. was formed as a stress relaxation layer on one side of the metal substrate with an insulating layer to a thickness of 200 nm by RF sputtering. This was designated as Experimental Example 6.

(実験例7)
実験例1と同じ絶縁層付金属基板を用い、その上に応力緩和層を成膜しない。これを実験例7とした。
(Experimental example 7)
The same metal substrate with an insulating layer as in Experimental Example 1 is used, and no stress relaxation layer is formed thereon. This was designated as Experimental Example 7.

次に、実験例1〜7について、そのままの状態(加熱なし)と、真空加熱炉にて500℃で1時間熱処理した状態のものと、真空加熱炉にて580℃で0.5時間熱処理した状態のものとで絶縁特性を比較した。   Next, with respect to Experimental Examples 1 to 7, the sample was left as it was (no heating), was heat-treated at 500 ° C. for 1 hour in a vacuum heating furnace, and was heat-treated at 580 ° C. for 0.5 hour in a vacuum heating furnace. The insulation characteristics were compared with those in the state.

本実験例においては、絶縁特性を測定するに際して、実験例1〜6では応力緩和層上に、実験例7では陽極酸化膜上に、電極として、マスク蒸着により、直径3.5mm、厚さが0.2μmのAu電極を形成した。そして、金属基板−Au電極間にAu電極を負極として、200Vの電圧を印加し、電圧印加時に金属基板−Au電極間に流れるリーク電流を測定した。ここで、検出されたリーク電流をAu電極面積(9.6mm)で除した値をリーク電流密度とした。絶縁特性の評価には、このリーク電流密度を用いた。
下記表1に、実験例1〜7について、それぞれの絶縁特性測定の結果(リーク電流密度)を示す。
In this experimental example, when measuring the insulation characteristics, in Experimental Examples 1 to 6, on the stress relaxation layer, in Experimental Example 7 on the anodic oxide film, and as an electrode by mask vapor deposition, the diameter is 3.5 mm and the thickness is A 0.2 μm Au electrode was formed. Then, a voltage of 200 V was applied between the metal substrate and the Au electrode, with the Au electrode serving as a negative electrode, and the leakage current flowing between the metal substrate and the Au electrode when the voltage was applied was measured. Here, the value obtained by dividing the detected leakage current by the Au electrode area (9.6 mm 2 ) was defined as the leakage current density. This leakage current density was used for the evaluation of the insulation characteristics.
Table 1 below shows the results (leakage current density) of each insulation characteristic measurement for Experimental Examples 1 to 7.

下記表1に示すように、実験例1〜5は、応力緩和層を備えたものであり、実験例7に比して、より高温、580℃で熱処理されてもリーク電流密度が変化しなかった。
また、実験例6は、応力緩和層を備えたものであり、実験例7に比して、より高温、580℃で熱処理されてもリーク電流密度の変化が小さかった。
一方、実験例7は、応力緩和層が設けられておらず、580℃で熱処理されるとリーク電流密度が増加した。
As shown in Table 1 below, Experimental Examples 1 to 5 are provided with a stress relaxation layer, and compared with Experimental Example 7, the leakage current density does not change even when heat treatment is performed at a higher temperature at 580 ° C. It was.
Further, Experimental Example 6 was provided with a stress relaxation layer, and compared with Experimental Example 7, the change in leakage current density was small even when heat treatment was performed at a higher temperature of 580 ° C.
On the other hand, in Experimental Example 7, no stress relaxation layer was provided, and the leakage current density increased when heat treatment was performed at 580 ° C.

本実験例では、以下に示す実験例10〜実験例30を作製し、金属基材と光電変換層との熱膨張係数の差による効果の違いを検討した。
実験例10〜実験例30は、下記表2に示すように、上述の実験例1〜7の絶縁層付金属基板について、それぞれ裏面電極および光電変換層(半導体層)を形成したものである。
各実験例10〜実験例30について、光電変換層(半導体層)表面の表面状態の評価を行った。
In this experimental example, Experimental Examples 10 to 30 shown below were prepared, and the difference in effect due to the difference in thermal expansion coefficient between the metal substrate and the photoelectric conversion layer was examined.
As shown in Table 2 below, Experimental Example 10 to Experimental Example 30 are obtained by forming a back electrode and a photoelectric conversion layer (semiconductor layer) for the above-described metal substrates with an insulating layer of Experimental Examples 1 to 7, respectively.
For each of Experimental Examples 10 to 30, the surface state of the photoelectric conversion layer (semiconductor layer) surface was evaluated.

実験例10〜実験例30においては、上述の実験例1〜7の絶縁層付金属基板を用い、それぞれ応力緩和層上または陽極酸化膜上に裏面電極として、Mo膜を800nmの厚さにDCスパッタ法により形成した。
次に、裏面電極上に、基板温度を580℃として、光電変換層(半導体層)を形成した。光電変換層(半導体層)としては、GaAs、Cu(In0.7Ga0.3)SeおよびCdTeのいずれかを成膜した。
GaAs、およびCu(In0.7Ga0.3)Seは、Kセル(knudsen-Cell:クヌーセンセル)を蒸発源として用いた蒸発法を用いて、2μmの厚さに形成した。一方、CdTeは近接昇華法を用い、5μmの厚さに形成した。
In Experimental Examples 10 to 30, the metal substrate with an insulating layer of Experimental Examples 1 to 7 described above was used, and the Mo film was formed to a thickness of 800 nm as a back electrode on the stress relaxation layer or the anodic oxide film. It formed by the sputtering method.
Next, a photoelectric conversion layer (semiconductor layer) was formed on the back electrode at a substrate temperature of 580 ° C. As the photoelectric conversion layer (semiconductor layer), one of GaAs, Cu (In 0.7 Ga 0.3 ) Se 2 and CdTe was formed.
GaAs and Cu (In 0.7 Ga 0.3 ) Se 2 were formed to a thickness of 2 μm by an evaporation method using a K cell (knudsen-Cell) as an evaporation source. On the other hand, CdTe was formed to a thickness of 5 μm using a proximity sublimation method.

下記表2に、各実験例10〜実験例30で使用した基板、応力緩和層の構成、光電変換層の組成、基材と応力緩和層と光電変換層との熱膨張係数の差、および光電変換層表面の表面状態の評価を示す。
なお、光電変換層表面の表面状態の評価においては、成膜後の光電変換層の表面を光学顕微鏡で観察し、部分的剥離またはクラックが発生しているものを×とした。
また、光電変換層の上に上部電極として、直径が3.5mm、厚さが0.2μmのAu膜をマスク蒸着法にて設け、上部電極と裏面電極間の抵抗値を測定し、マイクロクラックまたは光学顕微鏡では確認できない微小クラックによるリーク電流の有無を確認した。上述の光学顕微鏡による観察で部分的剥離またはクラックが観察されず、導通が確認されたものを△とした。
また、上述の光学顕微鏡による観察で部分的剥離またはクラックが観察されず、上述のリーク電流の測定で、リーク電流がないものを○とした。
In Table 2 below, the substrate used in each of Experimental Examples 10 to 30, the configuration of the stress relaxation layer, the composition of the photoelectric conversion layer, the difference in thermal expansion coefficient between the substrate, the stress relaxation layer, and the photoelectric conversion layer, and the photoelectric The evaluation of the surface state of the conversion layer surface is shown.
In the evaluation of the surface state of the surface of the photoelectric conversion layer, the surface of the photoelectric conversion layer after film formation was observed with an optical microscope, and the case where partial peeling or cracks occurred was evaluated as x.
In addition, an Au film having a diameter of 3.5 mm and a thickness of 0.2 μm is provided as an upper electrode on the photoelectric conversion layer by a mask vapor deposition method, and a resistance value between the upper electrode and the back electrode is measured, and a microcrack is measured. Or the presence or absence of the leakage current by the micro crack which cannot be confirmed with an optical microscope was confirmed. A case where partial peeling or cracking was not observed in the observation with the above-mentioned optical microscope and continuity was confirmed was evaluated as Δ.
Moreover, the partial peeling or the crack was not observed by observation with the above-mentioned optical microscope, and it was set as (circle) that there is no leakage current by the above-mentioned measurement of leakage current.

実験例1〜5を用いた実験例10〜24は、光電変換層(半導体層)の熱膨張係数に合わせた基材を用い、さらに陽極酸化膜と光電変換層(半導体層)の間に、両者の中間程度の熱膨張係数を有する材料を応力緩和層として形成することにより、580℃という高温で光電変換層(半導体層)を形成した場合、部分的剥離またはクラックが生じない良質な光電変換層(半導体層)を得ることができた。
実験例25〜27は、応力緩和層を設けているものの、基材と光電変換層との熱膨張係数の差が大きく、580℃で熱処理した場合のリーク電流密度の変化はそれほど大きくないものの、580℃という高温で光電変換層(半導体層)を形成した場合、部分的剥離またはクラックが生じた。
一方、実験例28〜30は、応力緩和層がないため、580℃という高温で光電変換層(半導体層)を形成した場合、部分的剥離またはクラックが生じ、良質な光電変換層(半導体層)を得ることができなかった。
Experimental Examples 10 to 24 using Experimental Examples 1 to 5 use a base material that matches the thermal expansion coefficient of the photoelectric conversion layer (semiconductor layer), and between the anodized film and the photoelectric conversion layer (semiconductor layer), A high-quality photoelectric conversion in which partial peeling or cracking does not occur when a photoelectric conversion layer (semiconductor layer) is formed at a high temperature of 580 ° C. by forming a material having a thermal expansion coefficient intermediate between the two as a stress relaxation layer. A layer (semiconductor layer) could be obtained.
In Experimental Examples 25 to 27, although the stress relaxation layer is provided, the difference in the thermal expansion coefficient between the base material and the photoelectric conversion layer is large, but the change in the leakage current density when heat-treated at 580 ° C. is not so large. When the photoelectric conversion layer (semiconductor layer) was formed at a high temperature of 580 ° C., partial peeling or cracking occurred.
On the other hand, in Experimental Examples 28 to 30, since there is no stress relaxation layer, when a photoelectric conversion layer (semiconductor layer) is formed at a high temperature of 580 ° C., partial peeling or cracking occurs, and a high-quality photoelectric conversion layer (semiconductor layer). Could not get.

本実験例では、以下に示す実験例40〜実験例46を作製し、金属基材と裏面電極との密着性について検討した。
実験例40〜実験例46は、下記表3に示すように、上述の実験例1〜7の絶縁層付金属基板を用い、それぞれ応力緩和層上または陽極酸化膜上に裏面電極として、Mo膜を600nmの厚さにDCスパッタ法により成膜したものである。
なお、成膜条件は、成膜ガス圧を0.5Paとし、スパッタガスにArガスを用い、基板温度を室温とした。
In this experimental example, Experimental Examples 40 to 46 shown below were prepared, and the adhesion between the metal substrate and the back electrode was examined.
Experimental Example 40 to Experimental Example 46, as shown in Table 3 below, use the metal substrate with an insulating layer of Experimental Examples 1 to 7 described above, and each of the Mo film as a back electrode on the stress relaxation layer or the anodic oxide film. Is formed by DC sputtering to a thickness of 600 nm.
The film formation conditions were such that the film formation gas pressure was 0.5 Pa, the sputtering gas was Ar gas, and the substrate temperature was room temperature.

裏面電極の密着性の評価は、各実験例40〜実験例46に対し、そのままの状態(加熱なし)のものと、真空加熱炉にて550℃で0.5時間熱処理した状態(550℃加熱後)のものとのそれぞれに対して、クロスカット法による密着性試験をJIS規格のK5600に沿って実施して行った。   The evaluation of the adhesion of the back electrode was carried out for each of Experimental Examples 40 to 46 as they were (without heating) and after heat treatment at 550 ° C. for 0.5 hours in a vacuum heating furnace (heating at 550 ° C. An adhesion test by a cross-cut method was performed for each of the latter and the ones according to JIS standard K5600.

裏面電極の密着性の評価は、具体的には、クロスカット法のカットの間隔を1mmとし、付着力(密着力)試験後の25個の碁盤目及びカット交差部の剥がれ状況により密着性を評価した。
密着性の評価のための点数付けは、剥がれたマスの個数をパーセントで評価し、剥離無し(100%)から全面剥離(0%)としてランク付けをした。以上の裏面電極の密着性の評価結果を下記表3に示す。
Specifically, the evaluation of the adhesion of the back electrode was performed by setting the interval between cuts of the cross-cut method to 1 mm, and depending on the peeling condition of the 25 grids and the cut intersection after the adhesion (adhesion) test. evaluated.
For scoring for adhesion evaluation, the number of peeled masses was evaluated as a percentage, and ranked from no peel (100%) to full peel (0%). The evaluation results of the adhesion of the back electrode described above are shown in Table 3 below.

実験例40〜46のいずれも、そのままの状態(加熱なし)のものは、熱膨張係数差による応力が加わってないために密着性が良好であった。
実験例40〜46のうち、実験例40〜44は、550℃で熱処理しても剥離することがなく密着性が良好であった。
一方、実験例45は、550℃で熱処理した際、基板とMo膜との熱膨張差から生じる応力と思われる歪により密着性が低下したと推定される。
また、実験例46については、陽極酸化膜の直上にMo膜を成膜していることから接触面積が応力緩和層を含むものに比べ小さいことと、金属と酸化物の異種間の界面であることが重なって、550℃で熱処理した際、密着性が低下したと推定される。
In all of Experimental Examples 40 to 46, those in the same state (without heating) had good adhesion because no stress due to the difference in thermal expansion coefficient was applied.
Among the experimental examples 40 to 46, the experimental examples 40 to 44 did not peel even when heat-treated at 550 ° C. and had good adhesion.
On the other hand, in Experimental Example 45, when heat-treated at 550 ° C., it is estimated that the adhesiveness was lowered due to a strain that seems to be a stress caused by a difference in thermal expansion between the substrate and the Mo film.
Further, in Experimental Example 46, since the Mo film is formed immediately above the anodic oxide film, the contact area is smaller than that including the stress relaxation layer, and the interface between the metal and the oxide is different. It is presumed that the adhesiveness was lowered when heat treatment was performed at 550 ° C.

本実験例では、以下に示す実験例50〜実験例56を作製し、光電変換層(CIGS層)の密着性について検討した。
実験例50〜実験例56は、下記表4に示すように、上述の実験例1〜7の絶縁層付金属基板について、それぞれ応力緩和層上または陽極酸化膜上に裏面電極および光電変換層(CIGS層)を形成したものである。
裏面電極としては、Mo膜を600nmの厚さにDCスパッタ法により成膜した。なお、成膜条件は、上述の実施例3と同じ成膜条件であるため、その詳細な説明は省略する。
また、光電変換層(CIGS層)は、基板温度を520℃とした以外は、上述の実施例2と同様にして、裏面電極上にCu(In0.7Ga0.3)Seを2μmの厚さに成膜した。
In this experimental example, Experimental Examples 50 to 56 shown below were prepared, and the adhesion of the photoelectric conversion layer (CIGS layer) was examined.
As shown in Table 4 below, Experimental Example 50 to Experimental Example 56 are a back electrode and a photoelectric conversion layer (on the stress relaxation layer or the anodic oxide film, respectively) on the metal substrate with an insulating layer of Experimental Examples 1 to 7 described above. CIGS layer) is formed.
As the back electrode, a Mo film was formed to a thickness of 600 nm by DC sputtering. The film forming conditions are the same film forming conditions as those in the third embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.
In addition, the photoelectric conversion layer (CIGS layer) was made of 2 μm of Cu (In 0.7 Ga 0.3 ) Se 2 on the back electrode in the same manner as in Example 2 except that the substrate temperature was 520 ° C. The film was formed to a thickness of.

光電変換層(CIGS層)の密着性の評価は、上述の実施例3と同じく、JIS規格のK5600に沿って密着性試験を実施し、密着性を評価した。なお、密着性の評価のための点数付けも上述の実施例3と同じとした。このため、光電変換層(CIGS層)の密着性の評価の詳細な説明は省略する。光電変換層(CIGS層)の密着性の評価結果を下記表4に示す。   The evaluation of the adhesion of the photoelectric conversion layer (CIGS layer) was carried out by conducting an adhesion test in accordance with JIS standard K5600 in the same manner as in Example 3 above, to evaluate the adhesion. The scoring for evaluation of adhesion was also the same as in Example 3 above. For this reason, detailed description of the evaluation of the adhesion of the photoelectric conversion layer (CIGS layer) is omitted. Table 4 below shows the evaluation results of the adhesion of the photoelectric conversion layer (CIGS layer).

実験例50〜実験例56のうち、実験例50〜53は、光電変換層(CIGS層)の密着性が良好であった。
一方、上述の実施例3では密着性が良好であったが(実施例3の実験例44参照)、新たに密着性の低下が見られた実験例54は、絶縁層付金属基板の基材(コバール)と光電変換層(CIGS層)との熱膨張係数差が大きいため、応力緩和層では緩和しきれなかったと推定される。
また、実験例55についても、上述の実施例3の実験例45の密着性低下に加え、光電変換層(CIGS層)と基材(SUS304)との熱膨張係数差も合わさって、より密着性が低くなったと推定される。
Among Experimental Examples 50 to 56, Experimental Examples 50 to 53 had good adhesion of the photoelectric conversion layer (CIGS layer).
On the other hand, the adhesiveness was good in Example 3 described above (see Experimental Example 44 of Example 3), but Experimental Example 54 in which a decrease in adhesiveness was newly observed was the base material of the metal substrate with an insulating layer. It is presumed that the stress relaxation layer could not alleviate the thermal expansion coefficient difference between (Kovar) and the photoelectric conversion layer (CIGS layer).
In addition, with respect to Experimental Example 55, in addition to the decrease in adhesion of Experimental Example 45 in Example 3 described above, the difference in thermal expansion coefficient between the photoelectric conversion layer (CIGS layer) and the base material (SUS304) is also combined, resulting in more adhesion. Is estimated to be low.

さらには、実験例56についても、上述の実施例3の実験例46の密着性が低いことから、光電変換層(CIGS層)の密着性が低くなったと推定される。しかしながら、絶縁層付金属基板の基材(SUS430)と光電変換層(CIGS層)との熱膨張係数差が、実験例55に比して小さいため、実験例55よりも密着性の低下の程度が小さいと推定される。   Furthermore, also in Experimental Example 56, it is estimated that the adhesiveness of the photoelectric conversion layer (CIGS layer) is low because the adhesiveness of Experimental Example 46 of Example 3 described above is low. However, since the difference in thermal expansion coefficient between the base material (SUS430) of the metal substrate with an insulating layer and the photoelectric conversion layer (CIGS layer) is smaller than that in Experimental Example 55, the degree of decrease in adhesion compared to Experimental Example 55. Is estimated to be small.

10 基板
12 金属基材
14 アルミニウム基材(Al基材)
16 絶縁層
30 薄膜太陽電池
32 裏面電極
34 光電変換層
36 バッファ層
38 透明電極
40 光電変換素子
42 第1の導電部材
44 第2の導電部材
50 応力緩和層
10 Substrate 12 Metal base 14 Aluminum base (Al base)
16 Insulating Layer 30 Thin Film Solar Cell 32 Back Electrode 34 Photoelectric Conversion Layer 36 Buffer Layer 38 Transparent Electrode 40 Photoelectric Conversion Element 42 First Conductive Member 44 Second Conductive Member 50 Stress Relieving Layer

Claims (24)

少なくとも1層の金属基材とAl基材とが積層されて一体化された金属基板、および前記金属基板の前記Al基材の表面に形成された電気絶縁層を備える絶縁層付基板と、
前記電気絶縁層上に形成された少なくとも1層の応力緩和層と、
前記応力緩和層上に形成された下部電極と、
前記下部電極上に形成され、化合物半導体層から構成される光電変換層と、
前記光電変換層上に形成された上部電極とを有し、
前記電気絶縁層は、アルミニウムの陽極酸化膜であることを特徴とする光電変換素子。
A metal substrate in which at least one metal base material and an Al base material are laminated and integrated, and a substrate with an insulating layer including an electrical insulating layer formed on a surface of the Al base material of the metal substrate;
At least one stress relaxation layer formed on the electrical insulating layer;
A lower electrode formed on the stress relaxation layer;
A photoelectric conversion layer formed on the lower electrode and composed of a compound semiconductor layer;
An upper electrode formed on the photoelectric conversion layer,
The photoelectric conversion element, wherein the electrical insulating layer is an anodized film of aluminum.
前記化合物半導体は、少なくとも1種のカルコパイライト構造の化合物半導体である請求項1に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the compound semiconductor is at least one compound semiconductor having a chalcopyrite structure. 前記化合物半導体は、Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とからなる少なくとも1種の化合物半導体である請求項2に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion device according to claim 2, wherein the compound semiconductor is at least one compound semiconductor composed of a group Ib element, a group IIIb element, and a group VIb element. 前記Ib族元素は、CuおよびAgからなる群より選択された少なくとも1種であり、
前記IIIb族元素は、Al,Ga及びInからなる群より選択された少なくとも1種であり、
前記VIb族元素は、S,Se,及びTeからなる群から選択された少なくとも1種である請求項3に記載の光電変換素子。
The Ib group element is at least one selected from the group consisting of Cu and Ag,
The IIIb group element is at least one selected from the group consisting of Al, Ga and In,
The photoelectric conversion element according to claim 3, wherein the group VIb element is at least one selected from the group consisting of S, Se, and Te.
前記応力緩和層は、熱膨張係数が、前記光電変換層の熱膨張係数よりも小さく、かつ前記絶縁層の熱膨張係数よりも大きい請求項1〜4のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 4, wherein the stress relaxation layer has a thermal expansion coefficient smaller than that of the photoelectric conversion layer and larger than that of the insulating layer. . 前記応力緩和層は、酸化物により構成されている請求項1〜5のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the stress relaxation layer is made of an oxide. 前記応力緩和層は、厚さが10nm〜400nmである請求項1〜6のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the stress relaxation layer has a thickness of 10 nm to 400 nm. 前記応力緩和層の厚みは、50nm〜200nmである請求項7に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 7, wherein the stress relaxation layer has a thickness of 50 nm to 200 nm. 前記光電変換層は、複数の開溝部によって複数の素子に分割され、かつ
該複数の素子は、電気的に直列接続されたものである請求項1〜8のいずれか1項に記載の光電変換素子。
The photoelectric conversion layer according to any one of claims 1 to 8, wherein the photoelectric conversion layer is divided into a plurality of elements by a plurality of open grooves, and the plurality of elements are electrically connected in series. Conversion element.
前記応力緩和層は、アルカリ金属を含む請求項1〜9のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the stress relaxation layer contains an alkali metal. 前記応力緩和層は、酸化ケイ素を主成分とし、かつナトリウム酸化物を含む化合物により構成される請求項10に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 10, wherein the stress relaxation layer is made of a compound containing silicon oxide as a main component and containing sodium oxide. 前記応力緩和層は、2層構造であり、前記絶縁層付基板側の第1の応力緩和層は、その上の第2の応力緩和層よりも熱膨張係数が小さい請求項1〜11のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The said stress relaxation layer is a 2 layer structure, The thermal expansion coefficient of the 1st stress relaxation layer by the side of the said board | substrate with an insulating layer is smaller than the 2nd stress relaxation layer on it. The photoelectric conversion element of Claim 1. 前記応力緩和層は、2層構造であり、前記光電変換層がCIGS系の半導体化合物で構成される場合、前記絶縁層付基板側の第1の応力緩和層は、ZrN、AlN、BN、Al、またはZrOで構成され、その上の第2の応力緩和層は、酸化ケイ素を主成分とし、かつナトリウム酸化物を含む化合物により構成される請求項1〜12のいずれか1項に記載の光電変換素子。 The stress relaxation layer has a two-layer structure, and when the photoelectric conversion layer is composed of a CIGS-based semiconductor compound, the first stress relaxation layer on the substrate side with an insulating layer includes ZrN, AlN, BN, Al consists of 2 O 3 or ZrO 2,, the second stress relieving layer thereon, any one of constituted claims 1-12 with a compound of silicon oxide as a main component, and containing sodium oxide The photoelectric conversion element as described in 2. 前記金属基板は、金属基材とAl基材とが加圧接合により一体化された積層板である請求項1〜13のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the metal substrate is a laminated plate in which a metal base and an Al base are integrated by pressure bonding. 前記金属基材は、鋼材、合金鋼材、Ti箔又はTi箔と鋼材との2層基材である請求項14に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 14, wherein the metal base material is a steel material, an alloy steel material, a Ti foil, or a two-layer base material of a Ti foil and a steel material. 前記合金鋼材は、炭素鋼、フェライト系ステンレスからなるものである請求項15に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 15, wherein the alloy steel material is made of carbon steel or ferritic stainless steel. 前記金属基材と前記光電変換層との熱膨張係数の差は、3×10−6/℃未満である請求項1〜16のいずれか1項に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein a difference in thermal expansion coefficient between the metal substrate and the photoelectric conversion layer is less than 3 × 10 −6 / ° C. 前記金属基材と前記光電変換層との熱膨張係数の差は、1×10−6/℃未満である請求項17に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 17, wherein a difference in thermal expansion coefficient between the metal substrate and the photoelectric conversion layer is less than 1 × 10 −6 / ° C. 前記金属基板が、炭素鋼又はフェライト系ステンレスからなる合金鋼材とAl基材とが加圧接合により一体化された積層板からなるものであり、前記下部電極が、Moからなるものであり、前記光電変換層が、Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とからなる少なくとも1種の化合物半導体を主成分とする層である請求項1〜18のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The metal substrate is made of a laminated plate in which an alloy steel material made of carbon steel or ferritic stainless steel and an Al base material are integrated by pressure bonding, and the lower electrode is made of Mo, The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photoelectric conversion layer is a layer mainly composed of at least one compound semiconductor composed of a group Ib element, a group IIIb element, and a group VIb element. 前記金属基材は、コバールにより構成され、前記光電変換層は、主成分がCdTeの化合物半導体で構成される請求項1〜15、17、および18のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 15, 17, and 18, wherein the metal substrate is made of Kovar, and the photoelectric conversion layer is made of a compound semiconductor whose main component is CdTe. 前記陽極酸化膜は、ポーラス構造を有する請求項1〜20のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the anodic oxide film has a porous structure. 請求項1〜21のいずれか1項に記載の光電変換素子を有することを特徴とする薄膜太陽電池。   A thin film solar cell comprising the photoelectric conversion device according to claim 1. 少なくとも1層の金属基材とAl基材とを積層させた状態で一体化して金属基板を形成する工程と、
前記金属基板の前記Al基材を陽極酸化処理して、前記Al基材上に電気絶縁層を形成し、絶縁層付基板を得る工程と、
前記電気絶縁層上に応力緩和層を形成する工程と、
前記応力緩和層上に下部電極を形成する工程と、
500℃以上の成膜温度で、前記下部電極上に光電変換層を形成する工程と、
前記光電変換層上に上部電極を形成する工程とを有することを特徴とする光電変換素子の製造方法。
Forming a metal substrate by integrating at least one layer of a metal base material and an Al base material; and
Anodizing the Al base of the metal substrate, forming an electrical insulating layer on the Al base, and obtaining a substrate with an insulating layer;
Forming a stress relaxation layer on the electrical insulating layer;
Forming a lower electrode on the stress relaxation layer;
Forming a photoelectric conversion layer on the lower electrode at a film forming temperature of 500 ° C. or higher;
And a step of forming an upper electrode on the photoelectric conversion layer.
前記金属基板は、金属基材とAl基材とが積層されて一体化された積層板であり、
前記絶縁層付基板を得る工程は、前記Al基材を陽極酸化処理して、前記Al基材の表面に陽極酸化膜を形成する工程である請求項23に記載の光電変換素子の製造方法。
The metal substrate is a laminated plate in which a metal substrate and an Al substrate are laminated and integrated,
The method for producing a photoelectric conversion element according to claim 23, wherein the step of obtaining the substrate with an insulating layer is a step of anodizing the Al base material to form an anodized film on the surface of the Al base material.
JP2011007902A 2010-02-01 2011-01-18 Photoelectric conversion element, thin film solar cell, and method of manufacturing photoelectric conversion element Withdrawn JP2011176288A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011007902A JP2011176288A (en) 2010-02-01 2011-01-18 Photoelectric conversion element, thin film solar cell, and method of manufacturing photoelectric conversion element

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010020103 2010-02-01
JP2010020103 2010-02-01
JP2011007902A JP2011176288A (en) 2010-02-01 2011-01-18 Photoelectric conversion element, thin film solar cell, and method of manufacturing photoelectric conversion element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011176288A true JP2011176288A (en) 2011-09-08

Family

ID=44688833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011007902A Withdrawn JP2011176288A (en) 2010-02-01 2011-01-18 Photoelectric conversion element, thin film solar cell, and method of manufacturing photoelectric conversion element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011176288A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014162899A1 (en) * 2013-04-03 2014-10-09 昭和シェル石油株式会社 Thin-film solar cell
JP2015111621A (en) * 2013-12-06 2015-06-18 株式会社Neomaxマテリアル Semiconductor element formation substrate, and method of manufacturing the same
EP2940736A4 (en) * 2012-12-27 2015-12-23 Solar Frontier Kk Compound thin-film solar cell and production method for same
WO2017015971A1 (en) * 2015-07-27 2017-02-02 友达光电股份有限公司 Solar cell
US9865908B2 (en) 2012-06-06 2018-01-09 Kabushiki Kaisha Nihon Micronics Electrode structure of solid type secondary battery

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9865908B2 (en) 2012-06-06 2018-01-09 Kabushiki Kaisha Nihon Micronics Electrode structure of solid type secondary battery
EP2940736A4 (en) * 2012-12-27 2015-12-23 Solar Frontier Kk Compound thin-film solar cell and production method for same
WO2014162899A1 (en) * 2013-04-03 2014-10-09 昭和シェル石油株式会社 Thin-film solar cell
JP2014203936A (en) * 2013-04-03 2014-10-27 昭和シェル石油株式会社 Thin film solar cell
JP2015111621A (en) * 2013-12-06 2015-06-18 株式会社Neomaxマテリアル Semiconductor element formation substrate, and method of manufacturing the same
WO2017015971A1 (en) * 2015-07-27 2017-02-02 友达光电股份有限公司 Solar cell

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4629151B2 (en) Photoelectric conversion element, solar cell, and method for manufacturing photoelectric conversion element
JP4700130B1 (en) Insulating metal substrate and semiconductor device
JP5480782B2 (en) Solar cell and method for manufacturing solar cell
JP5473885B2 (en) Metal substrate with insulating layer and manufacturing method thereof, semiconductor device and manufacturing method thereof, solar cell and manufacturing method thereof
JP4629153B1 (en) Solar cell and method for manufacturing solar cell
JP4980455B2 (en) Method for manufacturing metal substrate with insulating layer, method for manufacturing semiconductor device, method for manufacturing solar cell, method for manufacturing electronic circuit, and method for manufacturing light emitting element
JP2011176287A (en) Photoelectric conversion element, thin film solar cell, and method of manufacturing photoelectric conversion element
JP2011176266A (en) SUBSTRATE FOR Se COMPOUND SEMICONDUCTOR, METHOD OF MANUFACTURING SUBSTRATE FOR Se COMPOUND SEMICONDUCTOR, AND THIN-FILM SOLAR CELL
JP2011176285A (en) Photoelectric conversion element, thin film solar cell, and method of manufacturing photoelectric conversion element
JP2010212336A (en) Photoelectric converting element and method of manufacturing the same, and solar cell
JP2011176288A (en) Photoelectric conversion element, thin film solar cell, and method of manufacturing photoelectric conversion element
JP2011159796A (en) Substrate with insulating layer, and thin-film solar cell
JP5498221B2 (en) Semiconductor device and solar cell using the same
JP2011198942A (en) Thin-film solar cell and method for manufacturing same
JP2011124538A (en) Insulating-layer-attached metal substrate, methods for manufacturing semiconductor device using the same and solar cell using the same, and solar cell
JP2010258255A (en) Anodic oxidation substrate, method of manufacturing photoelectric conversion element using the same, the photoelectric conversion element, and solar cell
JP2011176286A (en) Photoelectric conversion element, thin film solar cell, and method of manufacturing photoelectric conversion element
JP2011077246A (en) Clad substrate, photoelectric conversion device, thin-film solar cell module, method of manufacturing the clad substrate, and method of manufacturing the thin-film solar cell module
JP2013044000A (en) Metal substrate with insulating layer and method for producing the same, semiconductor device and method for producing the same, solar cell and method for producing the same, electronic circuit and method for producing the same, and light-emitting element and method for producing the same
JP2013247187A (en) Metal substrate with insulating layer and method for manufacturing the same
JP2011159685A (en) Method of manufacturing solar cell

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20140401